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固态电池：能否乘“科技之风” ，突破能量密度壁垒？
来源: | 作者:石伟 球盟会咨询新能源事业二部 | 宣布时间: 2024-08-09 | 352 次浏览 | 分享到:

国家政策提出较高预期 ，现锂电质料性能接近极限

随着智能网联电动车和电化学储能需求连续增长 ，高能量密度和高宁静性已经成为客户的关注重点。国家更是公布有力政策助力其高质量有序生长 ，如《中国制造2025》提出 ，单体电芯比能量要在2020年抵达300Wh/kg ，2025年抵达400Wh/kg ，2030年抵达500Wh/kg。可是 ，市面上的高容量电池体系现阶段很难抵达400wh/kg ，目前基于氧化物正极与石墨负极的古板锂离子电池的能量密度越来越接近其理论上限 ，纵然搭配上“高镍+硅碳”的高配组合 ，能量密度也只能在360wh/kg左右。而固态电解质可以在正负极搭配更高比能的质料 ，大幅提升能量密度至500Wh/kg左右的同时具备更高的宁静性。
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图1 固态锂电池生长路线及动力电池单体能量密度生长要求


相较于液态锂电池 ，固态电池能量密度优势凸显

随着中国新能源汽车在全球“繁花”式脱销 ，以及客户的购车理念不绝升级 ，作为电车“心脏”的锂电池 ，其能量密度、宁静性、低温性及充电效率等再次受到业内外的高度关注。正、负极以及补锂剂等质料升级 ，对电池主要性能的提升相对有限。近期A股市场 ，再度刮起了固态电池等新质料技术风 ，作为一种新型锂电池技术 ，其泛起良好生长态势 ，与古板锂电池相比 ，它具有高能量密度、高宁静、长寿命和崎岖温适应性强等优势。
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图2 海内主流厂商锂离子电池与固态电池能量密度比照（单位：Wh/kg)

古板液态锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大概害要素组成。固态电池使用固态电解质替换古板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。


事情原理与液态锂电池相同 ，固态电解质起到要害作用

古板液态锂电池的两端为电池的正负两极 ，中间为液态电解质。在锂离子从正极到负极再到正极的来回移动历程中 ，电池的充放电历程就此完成。固态电池的事情原理与之相通 ，充电时正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移 ，电子通过外电路向负极迁移 ，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极质料中；放电历程与充电历程恰好相反。
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图3 液态电池与固态电池内部串联结构比照

接纳固态电解质取代液体电解质 ，有望使用更高比容量的正、负极质料 ，同时可彻底解决电池的宁静性问题 ，是获得高能量密度、宁静性和长循环寿命的全固态锂电池的基础途径。因此固态电池将会是锂离子电池升级的偏向。

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图4 动力电池技术生长趋势


技术瓶颈+本钱高企将有待改善

虽然固态电池在能量密度、宁静性等方面具有较强优势 ，但目今也保存技术和本钱等方面的难题：

从技术方面来看 ，固-固界面接触导致内阻较大 ，离子电导率不高 ，影响电池性能。古板锂电池的电极活性质料颗粒完全浸泡在电解液中 ，其电极和电解质之间可以坚持良好接触。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；

从本钱方面来看 ，首先 ，目前固态电池部分原质料未实现量产 ，整体工业链尚不完善 ，因此电池制造本钱较高；其次 ，固态电池作为新型电池 ，工艺制造缺乏特定的设备 ，如烧结、真空、干燥房、特定气氛等环节均将增加固态电池制造本钱；别的 ，固态电池所需的氧化铝、氧化钛、聚碳酸酯、纤维素等电极质料均属于高科技新质料 ，既需要研发技术进步降低生产难度 ，也需要市场逐步消化高昂的价格使其被规�；τ�。


未来“蓝海市场”势不可挡 ，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展望（单位：亿元）

从市场空间来看 ，2025年全球半固态电池的市场规模将抵达86亿元 ，2030年半固态电池、固态电池的市场规模将划分抵达991亿元、172亿元 ，半固态电池“市场蓝海”相对更为辽阔。从趋势来看 ，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快速增长 ，其中如能优先实现半固态电池工业化 ，则随着相应固态电解质产能放量、原质料本钱降低 ，工艺优化 ，则原质料与生产本钱有望降低 ，市场整体盈利能力将进一步提升。


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