瞻觀前沿

全固態(tài)電池(ASSB)是在兩個(gè)電極之間包含固體電解質(zhì)的電池。這些電池，特別是全固態(tài)鋰金屬電池(ASSLB)，可以表現(xiàn)出高能量密度和更高的安全性，解決了傳統(tǒng)鋰離子電池(LiB)設(shè)計(jì)的一些局限性。盡管 ASSLB 具有多種優(yōu)勢(shì)，但尚未大規(guī)模部署。部分原因是鋰枝晶的生長(zhǎng)及其高界面電阻會(huì)嚴(yán)重?fù)p害其性能。

馬里蘭大學(xué)的研究人員最近提出了一種設(shè)計(jì)安全、高能 ASSLB 的新原理?！蹲匀荒茉础分懈攀龅倪@一原理有助于為電動(dòng)汽車(chē)和大型機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大、更可靠的燃料電池。該論文的第一作者 Zeyi Wang表示，目前解決全固態(tài)電池鋰枝晶問(wèn)??題的努力依賴(lài)于反復(fù)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，本文不只是報(bào)告一個(gè)中間層，而是旨在開(kāi)發(fā)一種界面設(shè)計(jì)原理，可以指導(dǎo)一系列中間層的制造。這是完全解決全固態(tài)電池中鋰枝晶問(wèn)題的一種方法。

Wang 和他的同事最近工作的主要目標(biāo)是確定一種有前景的策略來(lái)減輕 ASSLB 中鋰枝晶的生長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)建議在電池的鋰陽(yáng)極和固體電解質(zhì)之間引入特殊的層。Wang表示，在鋰陽(yáng)極和固體電解質(zhì)之間添加特殊層可以潛在地解決鋰枝晶問(wèn)題，但中間層的特性對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)至關(guān)重要，我們的設(shè)計(jì)原理將電池穩(wěn)定性與中間層的幾個(gè)關(guān)鍵特性聯(lián)系起來(lái)。具體來(lái)說(shuō)，它強(qiáng)調(diào)中間層應(yīng)該是疏鋰的(即被鋰金屬排斥)、高離子導(dǎo)電性和輕微電子導(dǎo)電性以及多孔性。我們?cè)O(shè)計(jì)原則的成功在于它為開(kāi)發(fā)安全電池開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。

值得注意的是，Wang和他的同事提出的設(shè)計(jì)原理可以應(yīng)用于廣泛的ASSB，有助于抑制鋰枝晶的形成，從而提高電池性能。因此，它很快就會(huì)為開(kāi)發(fā)各種安全且高性能的含有固體電解質(zhì)的電池技術(shù)鋪平道路，這些技術(shù)可以為電動(dòng)汽車(chē)和其他大型電子產(chǎn)品提供動(dòng)力。

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。

研究人員在鋰陽(yáng)極和固體電解質(zhì)之間添加特殊層可以潛在地解決鋰枝晶問(wèn)題，從而提升全固態(tài)鋰金屬電池性能。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)鏈的上游原材料環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

——電池技術(shù)進(jìn)展情況分析

從電池技術(shù)方面來(lái)看，比亞迪刀片電池是目前全球范圍內(nèi)綜合優(yōu)勢(shì)處于行業(yè)前列的一種磷酸鐵鋰電池，于2020年3月進(jìn)入量產(chǎn)階段，相比傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池，刀片電池具有能量密度高、體積利用率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、故障率低，兼顧了高安全性和長(zhǎng)續(xù)航里程。此外，正處于研發(fā)階段、規(guī)?；慨a(chǎn)蓄勢(shì)待發(fā)的鈉離子電池、固態(tài)電池在電池技術(shù)領(lǐng)域的研究熱度居高不下。根據(jù)Marklines以及多家行業(yè)上市公司公司公告所披露的事實(shí)，進(jìn)入2023年，一大批固態(tài)電池企業(yè)將交付固態(tài)電池產(chǎn)品，固態(tài)電池迎來(lái)大規(guī)模量產(chǎn)和裝車(chē)時(shí)代。同時(shí)，寧德時(shí)代于2023年4月稱(chēng)，將在2023年4月18日開(kāi)幕的2023上海國(guó)際車(chē)展上發(fā)布凝聚態(tài)電池。凝聚態(tài)電池是一種新型電池技術(shù)，采用了固態(tài)電解質(zhì)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解液，相比傳統(tǒng)液態(tài)電池，凝聚態(tài)電池的核心就是能實(shí)現(xiàn)超流態(tài)，超導(dǎo)態(tài)，從而擁有更加優(yōu)越的穩(wěn)定性，傳導(dǎo)性，即電池更加穩(wěn)定，容量更大，傳導(dǎo)效率更快。

——固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)

目前，鋰離子電池面臨著安全性差的問(wèn)題，固態(tài)電池可在安全性、能量密度、溫度范圍等方面突破鋰離子電池的局限。

 

——固態(tài)電池需求領(lǐng)域

文章匯總分析固態(tài)電池三大需求領(lǐng)域情況如下：

——固態(tài)電池企業(yè)布局情況

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(lèi)，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱(chēng)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)電池商業(yè)化規(guī)劃

中國(guó)固態(tài)電池技術(shù)目前仍處在成熟技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化的過(guò)渡階段，即技術(shù)推廣與規(guī)模化生產(chǎn)驗(yàn)證階段，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，并開(kāi)始逐漸向下一代鋰電池(鋰-金屬/鋰-空氣/鋰硫)邁進(jìn)。

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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