瞻觀前沿

近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心研究人員利用熔融粘結(jié)技術(shù)，干法制備出具有出色柔韌性的超薄硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜，其優(yōu)異的力學(xué)性能、離子電導(dǎo)率以及應(yīng)力耗散特性可有效抑制電池內(nèi)部應(yīng)力不均導(dǎo)致的機(jī)械力失效。

該方法制備的高面載量LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2(NCM83)正極與多孔鋁集流體具有優(yōu)異粘結(jié)性，可實(shí)現(xiàn)界面融合，有效規(guī)避傳統(tǒng)濕法正極容易產(chǎn)生裂紋的問題，制備出的一體化全固態(tài)電池具有優(yōu)異的界面穩(wěn)定性、長循環(huán)性能。研究成果以熔融粘結(jié)干法制備具有超薄電解質(zhì)的硫化物全固態(tài)電池為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

研究團(tuán)隊(duì)以正極和薄層電解質(zhì)的界面熔融粘結(jié)為策略制備的一體化全固態(tài)電池，適配鋰銦負(fù)極，707次循環(huán)后容量保持率大于80%;適配純硅負(fù)極(μSi)，478次循環(huán)后容量保持率大于80%，可循環(huán)2000次。在高負(fù)載NCM83|| μSi全電池中，經(jīng)過9200小時(shí)、1400次循環(huán)后，其面容量保持大于2.5 mAhcm-2，循環(huán)壽命超過10000小時(shí)，進(jìn)一步提升NCM83載量到53.1 mgcm-2，其能量密度超過390 Wh/kg，1020 Wh/L，高于目前文獻(xiàn)所報(bào)道的高鎳三元體系的硫化物全固態(tài)電池。

研究團(tuán)隊(duì)基于該策略分別組裝了Bipolar和高面載量單片軟包二次電池，表明熔融粘結(jié)技術(shù)具有出色的實(shí)用性潛力，為全固態(tài)電池的未來科學(xué)研究和工藝技術(shù)發(fā)展提供了有力參考。

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。

研究人員利用熔融粘結(jié)技術(shù)，干法制備出具有出色柔韌性的超薄硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜。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)。

宏觀市場觀察

——固態(tài)電池優(yōu)勢

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)電池具有抑制鋰枝晶、無界面副反應(yīng)、無電解液泄漏、高溫性能好、無氣脹的特性，匯總固態(tài)電池具備特性及其相應(yīng)優(yōu)點(diǎn)如下：

——固態(tài)電池行業(yè)處在商業(yè)化早期階段

中國關(guān)于固態(tài)電池的研究至少可以追溯到20世紀(jì)70年代，幾乎與鋰離子電池的研究同時(shí)起步。但鋰離子電池優(yōu)異的性能獲得了更多的認(rèn)可，并在過去50年獲得了巨大的進(jìn)步和商業(yè)化應(yīng)用，成為目前市場應(yīng)用最廣泛的電池體系。但由于對(duì)鋰供應(yīng)短缺的擔(dān)憂，對(duì)能量密度、安全性等更高要求，2015年以來固態(tài)電池重新進(jìn)入行業(yè)重點(diǎn)研發(fā)產(chǎn)品行列。

綜合行業(yè)參與主體的技術(shù)路線圖和相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，中國固態(tài)電池發(fā)展正處于加速研發(fā)階段，使用全固態(tài)鋰電池能量密度具備突破500wh/kg的潛力，在2025年前，半固態(tài)電池會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，在動(dòng)力電池的整體市場上逐漸形成一定規(guī)模;2025年左右，全固態(tài)電池將開始小規(guī)模搭載在實(shí)車上。

——2025年有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

目前，全固態(tài)電解質(zhì)鋰動(dòng)力電池存在的技術(shù)難點(diǎn)問題包括固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導(dǎo)率偏低問題、固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差問題、金屬鋰的可充性問題等。根據(jù)IEA初步預(yù)計(jì)，到2025年，固態(tài)電池技術(shù)將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

——固態(tài)電池主要集中在三大應(yīng)用領(lǐng)域

總結(jié)分析固態(tài)電池三大需求領(lǐng)域情況如下：

——固態(tài)電池市場前景展望

2022年以來，固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得了明顯的進(jìn)展，尤其是伴隨著以衛(wèi)藍(lán)新能源和贛鋒鋰電等為代表的中國企業(yè)的半固態(tài)電池的量產(chǎn)裝車，標(biāo)志著半固態(tài)電池在2023年實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)學(xué)意義上的產(chǎn)業(yè)化。預(yù)計(jì)2029年中國固態(tài)電池出貨量將超過100GWh。

預(yù)計(jì)，固態(tài)電池將率先在動(dòng)力電池、消費(fèi)電池、儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到應(yīng)用。到2030年，固態(tài)電池在上述三大領(lǐng)域的整體滲透率將達(dá)到8.8%左右。

中國固態(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、供給市場的潛力空間。

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