瞻觀前沿

近日，日本東京理科大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種穩(wěn)定的、高導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)，有望解決全固態(tài)鋰電池的缺點(diǎn)，代替液態(tài)電解液鋰電池的使用。這項(xiàng)研究成果于3月28日發(fā)表在《材料化學(xué)》雜志上。

這種新型的燒綠石型氟氧化物作為鋰導(dǎo)體，被發(fā)現(xiàn)可以提高全固態(tài)鋰電池的循環(huán)性能、高速充放電能力和穩(wěn)定性。這種氟氧化物是一種含有鋰(Li)、鑭(La)、鈮(Nb)或鉭(Ta)、氧(O)和氟(F)元素組成的八面體多晶物質(zhì)，即使在空氣中也能保持穩(wěn)定。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種材料制成的鋰電池不像傳統(tǒng)的鋰電池存在因損壞導(dǎo)致電解液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，也不像硫化基電池存在產(chǎn)生有毒氣體的風(fēng)險(xiǎn)。因此，這種全固態(tài)鋰電池十分適合用于飛機(jī)、電動(dòng)車(chē)等其它對(duì)于安全需求較高的地方。

此外，這種材料制成的鋰電池的工作溫度范圍為-10℃到100℃，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)鋰電池的工作溫度0℃至45℃要廣泛許多。這意味著未來(lái)可能會(huì)將這種全固態(tài)鋰電池應(yīng)用到家用電器、醫(yī)療設(shè)備等小型化的器材上。

（圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)）

技術(shù)價(jià)值觀察

固態(tài)電池是指采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。與傳統(tǒng)鋰電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性。

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(lèi)，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(guò)程，產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用領(lǐng)域包括新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子等。

日本東京理科大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種新型的燒綠石型氟氧化物作為鋰導(dǎo)體，可以提高ASSB電池的循環(huán)性能、高速充放電能力和穩(wěn)定性，處于固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

固態(tài)電解質(zhì)與液態(tài)電解液對(duì)比

不過(guò)，目前全球固態(tài)電池技術(shù)還不成熟，固態(tài)電池存在固-固界面接觸難題，內(nèi)阻較大，循環(huán)性能、倍率性能差。與液態(tài)電解液相比，固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率/鋰離子遷移率低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，電導(dǎo)率低，全電池阻抗大，導(dǎo)致循環(huán)性能、倍率性能差。電極材料在充電時(shí)膨脹，放電時(shí)受挫，液態(tài)電解液一電極(液體一固體)接觸相對(duì)較好，而固態(tài)電解質(zhì)一電極(固體一固體)難以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的接觸，并加大了固體電解質(zhì)破裂或分離的可能，電池內(nèi)阻較大。

同時(shí)，固態(tài)電池加工工藝流程較多，存在加工工藝難度大的問(wèn)題。硫化物固態(tài)電解質(zhì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，需隔絕水和氧氣，加工工藝和大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)尚未解決。另一方面，固態(tài)電池生產(chǎn)成本多為生產(chǎn)過(guò)程成本。

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(xiāo)總經(jīng)理在2021中國(guó)汽車(chē)論壇會(huì)上透露，LG新能源正在開(kāi)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。

中國(guó)固態(tài)電池行業(yè)代表企業(yè)技術(shù)發(fā)展路線

中國(guó)企業(yè)在固態(tài)電池的研究上主要是以硫化物電解質(zhì)技術(shù)和氧化物電解質(zhì)技術(shù)兩種路線為主，聚合物電解質(zhì)技術(shù)路線的非常少。其中硫化物電解質(zhì)技術(shù)路線的企業(yè)主要的代表有寧德時(shí)代，氧化物電解質(zhì)技術(shù)路線的代表企業(yè)主要有清陶發(fā)展、輝能科技等。

中國(guó)固態(tài)電池技術(shù)賽道熱力

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在華北和華東區(qū)，尤其是北京市成為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于固態(tài)電池研發(fā)，成為潛在的固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布華北地區(qū)有極大的可能性成為固態(tài)電池技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注北京市 順義區(qū)、北京市 大興區(qū)、江蘇省 南京市 浦口區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對(duì)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場(chǎng)。

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