分析 | 固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現狀及展望

同時(shí)，隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量的增長(cháng)，自燃爆炸等安全事故頻次也明顯增加，這背后傳統鋰電采用的可燃性液態(tài)電解質(zhì)難辭其咎。在能量與安全性能上，當前鋰電池技術(shù)還有巨大的提升空間，傳統的液態(tài)電池絕不會(huì )是技術(shù)的終點(diǎn)。

當前動(dòng)力電池單體能量密度與各項政策指標仍有較大差距

中國正位于第二代向第三代鋰電發(fā)展的過(guò)程中。正極材料的選擇上，中國已由磷酸鐵鋰轉向三元，并逐漸向高鎳三元發(fā)展。負極材料當前產(chǎn)業(yè)化仍集中于石墨材料，未來(lái)也在向硅碳負極進(jìn)行過(guò)渡。

新能源汽車(chē)銷(xiāo)量逐年增長(cháng)卻伴隨著(zhù)安全事故的增加，電池自燃占比事故原因的31%。自燃的原因是由于鋰電池發(fā)生內部或者外部短路后，短時(shí)間內電池釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導致熱失控。而易燃性的液態(tài)電解液在高溫下會(huì )被點(diǎn)燃，最終導致電池起火或者爆炸。

國內新能源汽車(chē)起火事故原因分布圖

零自燃風(fēng)險，將是未來(lái)電動(dòng)車(chē)實(shí)現燃油車(chē)全面替代需要邁出的關(guān)鍵一步。

現有動(dòng)力電池安全問(wèn)題解決路徑圖

未來(lái)，能量與安全需求與傳統鋰電技術(shù)的矛盾將越來(lái)越凸顯，在下一代鋰電技術(shù)中，固態(tài)電池獲得了最高的關(guān)注度，已引發(fā)全球范圍的企業(yè)進(jìn)行提前卡位。

固態(tài)電池是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池；固態(tài)電解質(zhì)不可燃燒，極大提高電池安全性；更寬的電化學(xué)窗口，更易搭載高電壓正極材料；兼容金屬鋰負極，提升能量密度上限。

鋰金屬負極體系能量密度遠超傳統鋰電

固態(tài)電解質(zhì)對鋰金屬負極兼容性更好

固態(tài)電池封裝更加靈活

2010-2030年固態(tài)電池是動(dòng)力電池必經(jīng)之路

按照材料的選擇，固態(tài)電解質(zhì)可以分為聚合物、氧化物、硫化物三種體系，而無(wú)論哪一種類(lèi)別，均無(wú)法回避離子傳導的問(wèn)題。電解質(zhì)的功能在于電池充放電過(guò)程中為鋰離子在正負極之間搭建鋰離子傳輸通道來(lái)實(shí)現電池內部電流的導通，決定鋰離子運輸順暢情況的指標被稱(chēng)為離子電導率，低的離子電導率意味著(zhù)電解質(zhì)差的導鋰能力，使鋰離子不能順利在電池正負極之間運動(dòng)。

三大體系固態(tài)電解質(zhì)離子電導率高低順序

低離子電導率與高界面阻抗導致了固態(tài)電池的高內阻，鋰離子在電池內部傳輸效率低，在高倍率大電流下的運動(dòng)能力更差，直接影響電池的能量密度與功率密度。

固態(tài)電池的三大體系各有優(yōu)勢，其中聚合物電解質(zhì)屬于有機電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無(wú)機陶瓷電解質(zhì)?？v覽全球固態(tài)電池企業(yè)，有初創(chuàng )公司，也不乏國際廠(chǎng)商，企業(yè)之間獨踞山頭信仰不同的電解質(zhì)體系，未出現技術(shù)流動(dòng)或融合的態(tài)勢。

固態(tài)電解質(zhì)界面阻抗高于傳統液態(tài)電解質(zhì)

固態(tài)電池正負極與傳統電極的最大區別在于：為了增加極片與電解質(zhì)的接觸面積，固態(tài)電池的正負極一般會(huì )與固態(tài)電解質(zhì)混合。

現階段的大部分固態(tài)電池企業(yè)的產(chǎn)品仍需添加少量液態(tài)電解液以緩解電極界面問(wèn)題、增加電導率，因此隔膜仍然存在與電池中以用來(lái)阻隔正負極，避免電池短路。而隨著(zhù)技術(shù)推進(jìn)，未來(lái)電解液用量會(huì )越來(lái)越少，當過(guò)渡到完全不含液體或液體含量足夠小時(shí)，電池將取消隔膜設計，體系已能滿(mǎn)足安全需求。

展望未來(lái)發(fā)展趨勢，技術(shù)上步步為營(yíng)，應用上梯次滲透，固態(tài)電池階段發(fā)展之路已經(jīng)明晰，結構上，現階段電池體系包含部分液態(tài)電解質(zhì)以取長(cháng)補短。而技術(shù)發(fā)展過(guò)程中將逐漸減少液體的使用，從半固態(tài)電池到準固態(tài)電池，最終邁向無(wú)液體的全固態(tài)電池。

應用領(lǐng)域上，有望率先發(fā)揮安全與柔性?xún)?yōu)勢，應用于對成本敏感度較小的微電池領(lǐng)域，如RFID、植入式醫療設備、無(wú)線(xiàn)傳感器等；技術(shù)進(jìn)步后，再逐漸向高端消費電池滲透；隨著(zhù)產(chǎn)品的成熟，最終大規模踏入電動(dòng)車(chē)與儲能市場(chǎng)，從高端品牌往下滲透，實(shí)現下游需求的全面爆發(fā)。

2022-2025年固態(tài)電池市場(chǎng)空間預測圖