瞻觀前沿

美國(guó)科學(xué)家最新研制出全球首個(gè)無(wú)陽(yáng)極鈉固態(tài)電池。這一成果有助開發(fā)出廉價(jià)且能快速充電的大容量電池，以用于電動(dòng)汽車和電網(wǎng)。相關(guān)研究論文發(fā)表于最新一期《自然能源》雜志。

鋰基電池已成為電動(dòng)汽車和移動(dòng)設(shè)備的標(biāo)配，但其性能受到多方面因素制約。而鈉在地殼中的儲(chǔ)量約為鋰的1000倍，同時(shí)也是一種更環(huán)保的電池材料。論文第一作者、美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校格雷森戴伊謝爾解釋稱，在無(wú)陽(yáng)極電池中，電解質(zhì)和集電器之間需要保持良好的接觸。使用液體電解質(zhì)容易做到這一點(diǎn)，因?yàn)橐后w能四處流動(dòng)，而固體電解質(zhì)無(wú)法做到。但液體電解質(zhì)在消耗活性材料的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生固體電解質(zhì)界面堆積物，導(dǎo)致電池性能降低。

為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，開發(fā)出一種新型鈉電池架構(gòu)：他們采用了具有類似液體流動(dòng)性的固體鋁粉來(lái)構(gòu)建集電器。在電池組裝過(guò)程中，鋁粉在高壓下變得致密，形成固體集電器，同時(shí)與電解質(zhì)保持類似液體的接觸，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的充放電循環(huán)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，新研制出來(lái)的鈉電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可循環(huán)數(shù)百次。去除陽(yáng)極并用鈉代替鋰，使新型電池的生產(chǎn)過(guò)程變得更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。創(chuàng)新性的固態(tài)設(shè)計(jì)也提高了電池的安全性。

圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)

技術(shù)價(jià)值觀察

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原料礦產(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(guò)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。

美國(guó)科學(xué)家最新研制出全球首個(gè)無(wú)陽(yáng)極鈉固態(tài)電池，去除陽(yáng)極并用鈉代替鋰，可循環(huán)數(shù)百次。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

——固態(tài)電池優(yōu)點(diǎn)

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(wú)界面副反應(yīng)、無(wú)電解液泄漏、高溫性能好、無(wú)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(guó)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(guò)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(chǎng)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(lái)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(guó)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(chǎng)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年固態(tài)電池技術(shù)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(wèn)題包括固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導(dǎo)率偏低問(wèn)題、固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差問(wèn)題、金屬鋰的可充性問(wèn)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)電池需求領(lǐng)域分布

總結(jié)分析固態(tài)電池三大需求領(lǐng)域情況如下：

——固態(tài)電池企業(yè)情況

根據(jù)電解液的不同，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)四大類，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。目前，中國(guó)市場(chǎng)上固態(tài)電池整體還處于實(shí)驗(yàn)階段，未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。但液態(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(lái)鋰電池的發(fā)展方向，也是各企業(yè)的必爭(zhēng)高地。從企業(yè)技術(shù)布局情況來(lái)看，2023年包括輝能科技、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等公司的產(chǎn)品批量交付提上日程，而中創(chuàng)新航、孚能科技等企業(yè)固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)已提上日程。

——固態(tài)電池市場(chǎng)前景展望

2022年以來(lái)，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(guó)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(guó)固態(tài)電池出貨量將超過(guò)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(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(lái)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)注廣東省深圳市福田區(qū)、寶安區(qū)、坪山區(qū)、龍華區(qū)及北京市順義區(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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