鋰電設備迎來高速增長，政策驅動下游擴產(chǎn)升級

2016年11月，工信部發(fā)布《汽車動力電池行業(yè)規(guī)范條件(2017年)》(征求意見稿)規(guī)定：鋰離子動力電池單體企業(yè)年產(chǎn)能力不低于8GWh，金屬氫化物鎳動力電池單體企業(yè)年產(chǎn)能力不低于0.1GWh，超級電容器單體企業(yè)年產(chǎn)能力不低于0.01GWh。系統(tǒng)企業(yè)年產(chǎn)能力不低于80000套或4GWh。鋰離子動力電池單體企業(yè)年產(chǎn)能門檻提高到2015年的40倍。

截至2016年底，僅有沃特瑪、比亞迪、CATL等少數(shù)幾家鋰電池企業(yè)達到總產(chǎn)能8GWh的行業(yè)新標準。其中，沃特瑪2016年年底產(chǎn)能為12Gwh，比亞迪、CATL分別以10GWh和8GWh緊隨其后。其他鋰電池企業(yè)均未達到新規(guī)征求意見稿的要求。新規(guī)征求意見稿的提出，將極大地帶動鋰電池企業(yè)的擴產(chǎn)能熱情。

設備企業(yè)紛紛擴產(chǎn)能

為了滿足政策新規(guī)的要求，應對上下游帶來的業(yè)績壓力，擴大規(guī)模搶占市場份額，鋰電池企業(yè)擴產(chǎn)意愿強烈。主流鋰電池企業(yè)紛紛出臺擴產(chǎn)計劃。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)重要的鋰電池企業(yè)2017-2020年產(chǎn)能規(guī)劃合計分別已經(jīng)達到169Gwh、293Gwh、350Gwh、405Gwh，CAGR達到133.82%。粗略按照每1Gwh對應4億元的設備投資額來計算，2017-2020年鋰電設備新增需求帶來的設備投資額分別高達372億元、496億元、224億元、222億元，鋰電設備企業(yè)將持續(xù)獲得訂單，坐享鋰電行業(yè)擴產(chǎn)紅利。

據(jù)GGII統(tǒng)計，中國2016年鋰電生產(chǎn)設備需求超過145億元，國內(nèi)生產(chǎn)設備產(chǎn)值占比80%以上，產(chǎn)值同比增長超過20%。隨著設備需求的持續(xù)增長，鋰電設備龍頭不斷擴產(chǎn)能以迎合市場需要。

鋰電安全一直都是行業(yè)關心的問題。由于應用端及政策層面對能量密度的要求不斷提升，三元電池成為主流技術路線的趨勢已不可逆轉。但時至今日，困擾三元電池的安全性仍然沒有得到很好的解決，就連號稱BMS做到全球最好的特斯拉，也是安全事故不斷，2017年僅國內(nèi)就有兩輛ModelS發(fā)生嚴重起火事件，三元電池的安全性仍然受到大家的質疑。

面對行業(yè)發(fā)展的痛點，行業(yè)專家、企業(yè)都在不斷尋找新的發(fā)展思路，電解液就是其中一個思路。眾所周知，電解液是鋰離子電池不可或缺的重要組成部分，是鋰離子電池獲得高電壓、高循環(huán)性能等優(yōu)點的必備條件。鋰離子電池通常采用有機溶劑作為電解液，而這類有機溶劑極易燃燒，電池一旦由于內(nèi)短路產(chǎn)生高溫或者火花，電解液將在瞬間被點燃并導致整個電池發(fā)生爆炸。新的思路是，將易燃的液態(tài)電解液，變成固態(tài)電解質，降低因為易燃而導致的安全風險，同時也能獲得更好的性能。隨著新能源汽車的發(fā)展，高能量密度、高安全性電池成為市場的必爭目標。有專家認為，利用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)電解質是從本質上提升鋰電池安全性的必由之路。

美國麻省理工學院博士后王燕（音譯）和材料與工程學教授格布蘭德˙塞達爾表示，固態(tài)電解質將是“一個真正的游戲規(guī)則顛覆者”，它將打造出一款完美的電池——固態(tài)電解質電池，解決目前鋰離子電池所面臨的絕大多數(shù)問題，讓電池的壽命、安全性以及成本之間實現(xiàn)最佳平衡。

那么固態(tài)電解質電池具有怎樣的魅力呢？

北京理工大學電動車輛國家工程實驗室、中國電工技術學會電動車輛專業(yè)委員會委員孫立清曾表示，固態(tài)電解質電池將是下一個風口，是新能源電池未來主要發(fā)展趨勢。相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池的差異在于電解質固態(tài)化，理論上存在一定的優(yōu)勢。

固態(tài)電解質：鋰電池的下一個風口

圖為固態(tài)電解質原理圖

安全性能高。由于液態(tài)電解質中含有易燃的有機溶液，發(fā)生短路溫度驟升時容易發(fā)生燃燒和爆炸，需要安裝抗溫升和防短路的安全裝置結構。而固態(tài)電解質不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，因而全固態(tài)電池具有極高安全性。

能量密度高。目前，市場中應用的鋰電池能量密度為200Wh/kg，如果采用固態(tài)電解質，鋰電池能量密度基本可達300-400Wh/kg，幾乎翻了一番。

相對較輕。相比液態(tài)電池，相同容量的電池組，固態(tài)電解質電池相對較輕。比如特斯拉-松下生產(chǎn)的三元鋰電池組質量達到900kg，而固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司SeeoInc生產(chǎn)的相同容量電池組的質量卻只有323kg，接近前者的三分之一。

循環(huán)性能強。固態(tài)電解質解決了液態(tài)電解質在充放電過程中形成的固體電解質界面膜的問題和鋰枝晶現(xiàn)象，大大提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命，理想情況下循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)異，能夠達到45000次左右。

固態(tài)電解質擁有更優(yōu)勢的同時，也存在一定的缺點，這也是將固態(tài)電解質電池止步于商業(yè)化的主要原因。

固態(tài)電解質：鋰電池的下一個風口

圖為全固態(tài)鋰電池結構示意圖以及電池性能

界面阻抗過大。與傳統(tǒng)鋰電池相比，固態(tài)電解質電池的固-固界面存在電極與電解質之間有效接觸較弱，離子在固體物質中傳輸動力學低等問題，為了避免因空間電荷層導致的高界面阻抗，專家不斷進行實驗，期望早日突破。

快充比較難。固態(tài)電解質電池有倍率性能很低的LiPON系列電池（實際上氧化物體系的電解質普遍倍率性能不佳），也可以基于硫系高性能電解質做出高倍率還不錯的固態(tài)鋰硫電池。但是總體來說，作為動力電源使用，固態(tài)電解質電池在高倍率性能方面還是有很多挑戰(zhàn)的。

成本價格高。據(jù)了解，液態(tài)電解質鋰電池的成本大約在200-300美元/千瓦時，如果使用現(xiàn)有技術制造足以為智能手機供電的固態(tài)電解質電池，其成本會達到1.5萬美元，而足以為汽車供電的固態(tài)電解質電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元。

其實，固態(tài)電解質電池并不是新鮮內(nèi)容。中國工程院陳立泉院士曾表示，如果現(xiàn)在還不布局全固態(tài)電池，將會錯失發(fā)展時機。企業(yè)看好固態(tài)電池的前景，紛紛布局。早在2010年，豐田就一直在固態(tài)電池領域默默探索。但是一直沒有起色，直到2016年12月份向美國專利局提交的固態(tài)電池專利終于獲批，博得各大版面的頭條。

據(jù)美國專利局公示的豐田固態(tài)電池專利申請內(nèi)容，豐田研發(fā)的固態(tài)電池的電解質由硫化固態(tài)電解質材料構成，其中包含鋰、磷、硫和碘元素，電極活性材料層則添加了特殊的磷酸酯，改善了電池的熱穩(wěn)定性。

技術和材料的進步，讓國內(nèi)外越來越多的機構和企業(yè)看到了固態(tài)電池的光明前景，紛紛投入到固態(tài)電池的研發(fā)和生產(chǎn)中來，國外在這一領域起步較早并取得了一定的成果，大致情況如下：

從上表可以看出，聚焦固態(tài)電池不止有國外機構，還包括不少的國內(nèi)機構。目前國內(nèi)從事固態(tài)電池研究的機構企業(yè)主要有中科院化學所、中科院青島能源所、中科院寧波材料所、寧德時代、中航鋰電、珈偉股份、橫店東磁、臺灣輝能等。這些企業(yè)也已取得一定突破，具體情況如下：

珈偉股份：2016年11月15日珈偉股份公司在上海發(fā)布了全球首例固態(tài)鋰電池與快充鋰電池，同時表示，將全力加速固態(tài)鋰電池與快充鋰電池的合體，將更深一層的安全保障與超強性能合二為一。

寧德時代：寧德時代研發(fā)經(jīng)理郭永勝表示，寧德時代正在積極布局動力電池下一代技術，在固態(tài)鋰電池方面的投入研發(fā)比較多，同時也在開發(fā)固態(tài)電池的制造工藝。

此外，橫店東磁也表示，將組織研發(fā)固態(tài)電池。

固態(tài)電解質作為未來電池技術方向之一，盡管在電解質材料以及成本、工藝上還有相當長的路要走，但面對其巨大的商業(yè)價值空間，一定還會有更多電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)投入其中。而隨著研發(fā)技術的推動和深入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的步伐也將離我們越來越近。

多個國家都已經(jīng)開始布局固態(tài)電池

目前，日韓、美國、歐洲等多個國家都已經(jīng)開始布局固態(tài)電池，但基本都處于小容量樣品電芯階段。在我國也已經(jīng)有中科院物理所、中科院化學所、大連化物所、寧德時代、天津力神、中航鋰電等十余家研究機構和企業(yè)對固態(tài)電池展開研究。國內(nèi)外主流的技術方向有聚合物固態(tài)電池、薄膜固態(tài)電池、硫化物電解質基固態(tài)電池等。

雖然固態(tài)電池在多方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，但同時也有一些需要解決的問題：固體電解質材料導電率低、內(nèi)阻較大；固態(tài)電解質、電極間界面阻抗大，界面相容性較差，界面鋰離子電導率較低，固態(tài)電解質在充放電過程中體積膨脹和收縮，導致界面容易分離；有待設計和構建與固態(tài)電解質相匹配的電極，研究和開發(fā)出適合于固態(tài)電解質的鋰離子電池體系；制備工藝復雜、成本較高等。

從世界范圍看，預計固態(tài)電池會在2020年左右能夠實現(xiàn)小批量的量產(chǎn)。寶馬聲稱有望于2026年實現(xiàn)固態(tài)電池突破性進展并隨后量產(chǎn)；豐田也正在全力研發(fā)固態(tài)電池，并且已經(jīng)開發(fā)出能量密度為400Wh/L的電池原型，豐田研究人員表示，這種電池大約在2020年實現(xiàn)商業(yè)化應用，到2025年得到實質性改善。

基于以上固態(tài)電池的優(yōu)勢以及當前需要解決的問題，固態(tài)電池從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化還需要一定時間，真正實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)預計在2020年以后，而大規(guī)模應用則需要更長的時間。

作為動力電池下一代技術方向，固態(tài)電池能夠極大的改善動力電池安全性及提升能量密度，陳立泉強調(diào)，要積極支持固態(tài)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，讓鋰電池產(chǎn)業(yè)從跟跑到領跑，促進電動汽車推廣應用。國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體專家組動力電池首席專家肖成偉也表示，國家層面正在研究對固態(tài)電池的支持。