固態(tài)鋰離子電池被認(rèn)為是破解傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度和安全性“魔咒”的下一代動力電池技術(shù)，一旦突破產(chǎn)業(yè)化障礙，有望顛覆傳統(tǒng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，可能極大沖擊傳統(tǒng)電解液和隔膜產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步對正負(fù)極材料及其上下游產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生影響。
1、固態(tài)鋰電池被認(rèn)為是下一代動力電池技術(shù)
隨著汽車電動化與能源體系變革的加速推進(jìn)，全球新能源汽車發(fā)展勢頭迅猛對動力鋰離子電池需求將持續(xù)增長，據(jù)統(tǒng)計分析預(yù)計到2030年全球鋰離子電池產(chǎn)能將達(dá)到7億太瓦時(TWh)。
固態(tài)鋰電池的正負(fù)極材料與目前鋰離子電池大致相同，區(qū)別主要在電解質(zhì)和電解液。電解液作為傳統(tǒng)鋰離子電池的“血液”，對電池容量、工作溫度范圍、循環(huán)性能及安全性等有重要影響。目前鋰離子電池多采用液態(tài)有機(jī)物和鋰鹽作為電解液，液體溶劑多數(shù)沸點和閃點較低，在較低溫度下即會閃燃，一旦漏液或者熱失控極容易著火或爆炸，帶來“安全焦慮”。同時，液態(tài)電解液體系限制了高電壓正極材料的使用，進(jìn)一步限制電池能量密度提升，由此帶來“里程焦慮”。
固態(tài)鋰電池被認(rèn)為是破解傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度和安全性“魔咒”的下一代動力電池技術(shù)。與傳統(tǒng)鋰離子電池最大的不同在于，固態(tài)鋰電池采用固體電解質(zhì)替代傳統(tǒng)電解液體系和隔膜，有望顯著提升電池安全性、能量密度和使用壽命，已經(jīng)成為全球產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)重點布局方向之一，多個國家將其列為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)并明確了發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)。
作為核心組件，固態(tài)電解質(zhì)很大程度上決定了固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵性能指標(biāo)?？梢哉f，固態(tài)鋰電池能否產(chǎn)業(yè)化與固態(tài)電解質(zhì)能否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破息息相關(guān)。目前，全固態(tài)電池尚有多個技術(shù)難點亟須突破，如電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率低、電解質(zhì)與電極界面阻抗過高導(dǎo)致電池內(nèi)阻明顯增加、循環(huán)性能差，倍率性能變差等問題尚未得到解決?？梢?，發(fā)展半固態(tài)電池是現(xiàn)階段更為現(xiàn)實的方案。
2、關(guān)于固態(tài)鋰電池未來發(fā)展趨勢的幾點判斷
固態(tài)鋰電池被認(rèn)為是下一代動力電池技術(shù)，一旦突破產(chǎn)業(yè)化障礙，有望顛覆傳統(tǒng)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，可能會極大沖擊傳統(tǒng)電解液和隔膜產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)一步對正負(fù)極材料及其上下游產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生影響。
盡管經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，全固態(tài)鋰電池的一些關(guān)鍵科學(xué)問題、部分核心材料和技術(shù)依然尚未取得突破，這制約了其規(guī)?；慨a(chǎn)和應(yīng)用。中短期來看，半固態(tài)和準(zhǔn)固態(tài)電池是更為現(xiàn)實的發(fā)展路徑，這為傳統(tǒng)鋰離子電池部分環(huán)節(jié)提供了緩沖空間。一旦半固態(tài)電池上量裝車，若其成本水平與現(xiàn)有鋰離子電池體系持平，將對傳統(tǒng)動力電池產(chǎn)業(yè)造成巨大沖擊。
目前看來，國內(nèi)三種固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線的發(fā)展前景均存在一定程度的不確定性。下圖為其優(yōu)缺點對比圖。
從材料體系來看，短期大概率是半固態(tài)電解質(zhì)體系代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)體系，正負(fù)極材料大概率維持三元正極、硅碳負(fù)極體系;隨著對電池能量密度要求的進(jìn)一步提高和技術(shù)進(jìn)步，中期將是富硅和富鋰負(fù)極材料，正極材料體系不變;長期來看，正極材料體系將由更高比容量的富鋰材料代替，負(fù)極為金屬鋰，電解質(zhì)為全固態(tài)。
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