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

同時，隨著電動車銷量的增長，自燃爆炸等安全事故頻次也明顯增加，這背后傳統(tǒng)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(dāng)前鋰電池技術(shù)還有巨大的提升空間，傳統(tǒng)的液態(tài)電池絕不會是技術(shù)的終點。

當(dāng)前動力電池單體能量密度與各項政策指標(biāo)仍有較大差距

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

新能源汽車銷量逐年增長卻伴隨著安全事故的增加，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(nèi)部或者外部短路后，短時間內(nèi)電池釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導(dǎo)致熱失控。而易燃性的液態(tài)電解液在高溫下會被點燃，最終導(dǎo)致電池起火或者爆炸。

國內(nèi)新能源汽車起火事故原因分布圖

零自燃風(fēng)險，將是未來電動車實現(xiàn)燃油車全面替代需要邁出的關(guān)鍵一步。

現(xiàn)有動力電池安全問題解決路徑圖

未來，能量與安全需求與傳統(tǒng)鋰電技術(shù)的矛盾將越來越凸顯，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(fù)極，提升能量密度上限。

鋰金屬負(fù)極體系能量密度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鋰電

固態(tài)電解質(zhì)對鋰金屬負(fù)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，而無論哪一種類別，均無法回避離子傳導(dǎo)的問題。電解質(zhì)的功能在于電池充放電過程中為鋰離子在正負(fù)極之間搭建鋰離子傳輸通道來實現(xiàn)電池內(nèi)部電流的導(dǎo)通，決定鋰離子運輸順暢情況的指標(biāo)被稱為離子電導(dǎo)率，低的離子電導(dǎo)率意味著電解質(zhì)差的導(dǎo)鋰能力，使鋰離子不能順利在電池正負(fù)極之間運動。

三大體系固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高低順序

低離子電導(dǎo)率與高界面阻抗導(dǎo)致了固態(tài)電池的高內(nèi)阻，鋰離子在電池內(nèi)部傳輸效率低，在高倍率大電流下的運動能力更差，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(jī)電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無機(jī)陶瓷電解質(zhì)。縱覽全球固態(tài)電池企業(yè)，有初創(chuàng)公司，也不乏國際廠商，企業(yè)之間獨踞山頭信仰不同的電解質(zhì)體系，未出現(xiàn)技術(shù)流動或融合的態(tài)勢。

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

固態(tài)電池正負(fù)極與傳統(tǒng)電極的最大區(qū)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(fù)極一般會與固態(tài)電解質(zhì)混合。

現(xiàn)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題、增加電導(dǎo)率，因此隔膜仍然存在與電池中以用來阻隔正負(fù)極，避免電池短路。而隨著技術(shù)推進(jìn)，未來電解液用量會越來越少，當(dāng)過渡到完全不含液體或液體含量足夠小時，電池將取消隔膜設(shè)計，體系已能滿足安全需求。

展望未來發(fā)展趨勢，技術(shù)上步步為營，應(yīng)用上梯次滲透，固態(tài)電池階段發(fā)展之路已經(jīng)明晰，結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)階段電池體系包含部分液態(tài)電解質(zhì)以取長補(bǔ)短。而技術(shù)發(fā)展過程中將逐漸減少液體的使用，從半固態(tài)電池到準(zhǔn)固態(tài)電池，最終邁向無液體的全固態(tài)電池。

應(yīng)用領(lǐng)域上，有望率先發(fā)揮安全與柔性優(yōu)勢，應(yīng)用于對成本敏感度較小的微電池領(lǐng)域，如RFID、植入式醫(yī)療設(shè)備、無線傳感器等；技術(shù)進(jìn)步后，再逐漸向高端消費電池滲透；隨著產(chǎn)品的成熟，最終大規(guī)模踏入電動車與儲能市場，從高端品牌往下滲透，實現(xiàn)下游需求的全面爆發(fā)。

2022-2025年固態(tài)電池市場空間預(yù)測圖