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固态电池:能否乘“科技之风”,突破能量密度壁垒?
起源: | 作者:石伟 欢迎光临888集团征询新能源事业二部 | 颁布功夫: 2024-08-09 | 1423 次浏览 | ? 点击朗诵正文 ?? ? | 分享到:

国度政策提出较高预期,现锂电资料机能靠近极限

随着智能网联电动车和电化学储能需要持续增长,高能量密度和高安全性已经成为客户的关注沉点。国度更是颁布有力政策助力其高质量有序发展,如中国造作2025提出,单体电芯比能量要在2020年达到300Wh/kg,2025年达到400Wh/kg,2030年达到500Wh/kg。但是,市面上的高容量电池系统现阶段很难达到400wh/kg,目前基于氧化物正极与石墨负极的传统锂离子电池的能量密度越来越靠近其理论上限,即便搭配上“高镍+硅碳”的高配组合,能量密度也只能在360wh/kg左右。而固态电解质能够在正负极搭配更高比能的资料,大幅提升能量密度至500Wh/kg左右的同时具备更高的安全性。
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图1 固态锂电池发展路线及动力电池单体能量密度发展要求


相较于液态锂电池,固态电池能量密杜着势凸显

随着中国新能源汽车在全球“繁花”式畅销,以及客户的购陈讽想不休升级,作为电车“心脏”的锂电池,其能量密度、安全性、低温性及充电效能等再次受到业内表的高度关注。正、负极以及补锂剂等资料升级,对电池重要机能的提升相对有限。近期A股市场,再度刮起了固态电池等新资料技术风,作为一种新型锂电池技术,其出现优良发展态势,与传统锂电池相比,它拥有高能量密度、高安全、长命命和凹凸温适应性强蹬着势。
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图2 国内主流厂商锂离子电池与固态电池能量密度对比(单元:Wh/kg)

传统液态锂电池重要由正极、负极、电解液和隔阂四大关键身分组成。固态电池使用固态电解质代替传统液态锂电池中的电解液,可分为半固态、准固态、全固态三种类型。半固态(Half solid)液体电解质质量百分比<10%,准固态(Nearly solid)液体电解质质量百分比<5%,全固态(All Solid)不含有任何液体电解质。


工作道理与液态锂电池一样,固态电解质起到关键作用

传统液态锂电池的两端为电池的正负两极,中央为液态电解质。在锂离子从正极到负极再到正极的来回移动过程中,电池的充放电过程就此实现。固态电池的工作道理与之相通,充电使佚极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌,通过固态电解质向负极迁徙,电子通过表电路向负极迁徙,两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极资猜中;放电过程与充电过程刚好相反。
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图3 液态电池与固态电池内部串联结构对比

选取固态电解质包办液体电解质,有望使用更高比容量的正、负极资料,同时可彻底解决电池的安全性问题,是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂电池的底子蹊径。因而固态电池将会是锂离子电池升级的方向。

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图4 动力电池技术发展趋向


技术瓶颈+成本高企将有待改善

固然固态电池在能量密度、安全性等方面拥有较强优势,但当前也存在技术和成本等方面的难题:

技术方面来看,固-固界面接触导致内阻较大,离子电导率不高,影响电池机能。传统锂电池的电极活性资料颗粒齐全浸泡在电解液中,其电极和电解质之间能够维持优良接触。但在固态锂电池中,界面接触不良会导致活性颗粒利用率低,电池内电阻较大;

成本方面来看,首先,目前固态电池部门原资料未实现量产,整体产业链尚不美满,因而电池造作成本较高;其次,固态电池作为新型电池,工艺造作不足特定的设备,如烧结、真空、干燥房、特定空气等环节均将增长固态电池造作成本;此表,固态电池所需的氧化铝、氧化钛、聚碳酸酯、纤维素等电极资料均属于高科技新资料,既必要研发技术进取降低出产难度,也必要市场逐步消化高昂的价值使其被规;。


未来“蓝海市场”势不成挡,半固态电池有望量产在先

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图5 2024E年-2030E年全球固态电池市场空间瞻望(单元:亿元)

从市场空间来看,2025年全球半固态电池的市场规模将达到86亿元,2030年半固态电池、固态电池的市场规模将别离达到991亿元、172亿元,半固态电池“市场蓝海”相对更为辽阔。从趋向来看,2024年至2030年复合增长率为96.83%,全球半固体电池、固态电池的市场空间有望迎来急剧增长,其中如能优先实现半固态电池产业化,则随着相应固态电解质产能放量、原资料成本降低,工艺优化,则原资料与出产成本有望降低,市场整体盈利能力将进一步提升。


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