瞻觀前沿

化學(xué)家 Hanyu Huo 博士和 Jürgen Janek 教授(均為吉森大學(xué) Justus Liebig 大學(xué))、物理學(xué)家 Kerstin Volz 教授博士(馬爾堡大學(xué))、材料科學(xué)家 Dierk Raabe(杜塞爾多夫馬克斯普朗克鐵研究所)和理論材料科學(xué)家 Chandra Veer Singh 教授(加拿大多倫多大學(xué))及其團(tuán)隊(duì)研究了固態(tài)電池中硅陽極的特性。他們得出的結(jié)論是，這些陽極具有提高這些電池性能的巨大潛力。他們關(guān)于硅電極的穩(wěn)定性、化學(xué)力學(xué)和老化行為的研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《自然材料》雜志上。

在開發(fā)可與傳統(tǒng)鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)的更強(qiáng)大的固態(tài)電池時(shí)，陽極應(yīng)由具有特別高存儲(chǔ)容量的材料形成，最好是鋰金屬。然而，這在工作條件下存在內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)，因此正在研究硅作為具有類似高存儲(chǔ)容量的替代品。

Janek 教授解釋道，在電池的充電過程中，鋰被吸收在負(fù)極(陽極)中。這會(huì)導(dǎo)致電池陽極的硅膨脹數(shù)百%，從而導(dǎo)致固態(tài)電池出現(xiàn)相當(dāng)大的機(jī)械問題，此外，受歡迎的固體電解質(zhì)會(huì)與儲(chǔ)存的鋰發(fā)生反應(yīng)，這也會(huì)導(dǎo)致容量損失。我們最近發(fā)表的工作首次對(duì)這些方面進(jìn)行了詳細(xì)的定量評(píng)估。

Janek 教授表示，我們的研究結(jié)果表明，硅陽極在固態(tài)電池中具有巨大的應(yīng)用潛力，可以通過巧妙地調(diào)整電池中的接口來加以利用。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈與液態(tài)鋰電池大致相似，上游包括原料礦產(chǎn)、機(jī)械設(shè)備以及基礎(chǔ)材料，兩者主要的區(qū)別在于負(fù)極材料和電解質(zhì)的種類，正極材料方面幾乎一致，若完全發(fā)展至全固態(tài)電池，隔膜也完全被替換。產(chǎn)業(yè)鏈中游為電池包的加工制備過程，產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用領(lǐng)域包括新能源汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子等。

研究人員研究證明，硅陽極在固態(tài)電池中具有巨大的應(yīng)用潛力。因此，從固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——全球鋰電池巨頭布局固態(tài)電池

2021年6月18日，LG新能源亞洲營(yíng)銷總經(jīng)理在2021中國(guó)汽車論壇會(huì)上透露，LG新能源正在開發(fā)全固態(tài)電池，預(yù)計(jì)2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。除LG新能源之外，寧德時(shí)代、比亞迪、三星SDI、韓國(guó)SKI、松下等全球鋰電池巨頭均在布局固態(tài)電池。

——固態(tài)電池是未來鋰電池的發(fā)展方向

全球鋰電池巨頭均在布局的固態(tài)電池是什么呢?固態(tài)電池是指采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池，其本質(zhì)上仍是鋰電池，僅將電解液與隔膜替換為固態(tài)電池質(zhì)。

固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的核心，電解質(zhì)材料很大程度上決定了固態(tài)鋰電池的各項(xiàng)性能參數(shù)，如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。

目前液態(tài)鋰電池能夠?qū)崿F(xiàn)的能量密度已近極限，而使用全固態(tài)鋰電池能量密度具備突破500wh/kg的潛力，因此固態(tài)電池是未來鋰電池的發(fā)展方向。

——固態(tài)電池行業(yè)仍處于早期

全球范圍內(nèi)有多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高?？蒲性核铝τ诠虘B(tài)電池技術(shù)，固態(tài)電池量產(chǎn)產(chǎn)品很少，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍處于早期，市場(chǎng)化產(chǎn)品產(chǎn)量較低。

國(guó)內(nèi)方面，固態(tài)電池企業(yè)主要有輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、清陶能源、萬向一二三、衛(wèi)藍(lán)新能源等企業(yè)均已在建設(shè)固態(tài)電池產(chǎn)線，但實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)企業(yè)較少并且產(chǎn)量較低。例如，星盈科技的固態(tài)動(dòng)力鋰電池一期項(xiàng)目年產(chǎn)量?jī)H為1GWh。國(guó)外方面，Solid Power的第一代2Ah的全固態(tài)電池(ASSB)2026年才能應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。

——新能源汽車是固態(tài)電池最主要需求領(lǐng)域

文章匯總分析固態(tài)電池三大需求領(lǐng)域情況如下：

——市場(chǎng)需求空間預(yù)測(cè)

中國(guó)固態(tài)電池市場(chǎng)與這消費(fèi)、動(dòng)力、儲(chǔ)能三大領(lǐng)域的鋰電池需求量及固態(tài)電池在這三個(gè)領(lǐng)域的滲透率息息相關(guān)。2027年中國(guó)鋰電池產(chǎn)量有望超過1200GWh。結(jié)合業(yè)內(nèi)對(duì)固態(tài)電池滲透率預(yù)測(cè)情況，測(cè)算得2027年中國(guó)固態(tài)電池市場(chǎng)空間約為26GWh。

中國(guó)固態(tài)電池技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華北地區(qū)，并且以深圳、北京市為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來布局固態(tài)電池技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華北地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省深圳市龍華區(qū)、北京市順義區(qū)所處固態(tài)電池的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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標(biāo)簽： 固態(tài) 電池 三星 隨筆