▲三星硫化物電池
▲添加緩沖層改善界面性能
綜合看來，聚合物體系工藝最成熟，率先誕生 EV 級別產(chǎn)品， 其概念性與前瞻性引發(fā)后來者加速投資研發(fā)，但性能上限制約發(fā)展，與無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合將是未來可能的解決路徑；氧化物體系中， 薄膜類型開發(fā)重點在于容量的擴(kuò)充與規(guī)模化生產(chǎn)，而非薄膜類型的綜合性能較好，是當(dāng)前研發(fā)的重點方向；硫化物體系是最具希望應(yīng)用于電動車領(lǐng)域的固態(tài)電池體系，但處于發(fā)展空間巨大與技術(shù)水平不成熟的兩極化局面，解決安全問題與界面問題是未來的重點。
▲各體系性能指標(biāo)對比
3、產(chǎn)業(yè)化尚處早期，但前景已有保障
市場化產(chǎn)品能量密度較低。 現(xiàn)階段固態(tài)電池量產(chǎn)產(chǎn)品很少，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍處于早期。 唯一實現(xiàn)動力電池領(lǐng)域量產(chǎn)的博洛雷公司產(chǎn)品能量密度僅為 100Wh/kg， 對比傳統(tǒng)鋰電尚未具備競爭優(yōu)勢。高性能的實驗室產(chǎn)品將為產(chǎn)業(yè)化奠基。 從海外各家企業(yè)實驗與中試產(chǎn)品來看，固態(tài)電池能量密度優(yōu)勢已開始凸顯，明顯超過現(xiàn)有鋰電水平。 在我國， 固態(tài)鋰電的基礎(chǔ)研究起步較早， 在“六五”和“七五”期間，中科院就將固態(tài)鋰電和快離子導(dǎo)體列為重點課題，此外，北京大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)天津 18 所等院所也立項進(jìn)行了固態(tài)鋰電電解質(zhì)的研究，并在此領(lǐng)域取得了不錯的進(jìn)展。 未來，隨著產(chǎn)業(yè)投入逐漸加大，產(chǎn)品性能提升的步伐也望加速。
▲全球主要固態(tài)電池企業(yè)產(chǎn)品
4、固態(tài)電池對鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的影響
除了電解質(zhì)，固態(tài)電池在其他電池部件上的選擇與傳統(tǒng)鋰電也有一定差異。電極材料采用與固態(tài)電解質(zhì)混合的復(fù)合電極。 結(jié)構(gòu)上， 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。例如在正負(fù)極顆粒間熱壓或填充固態(tài)電解質(zhì)，或者在電極側(cè)引入液體，形成固-液復(fù)合體系，這都與傳統(tǒng)鋰電單獨混合極片漿料并在鋁/銅箔上涂布不同。 而在材料選擇上，由于固態(tài)電解質(zhì)普遍更高的電化學(xué)窗口，高鎳高壓正極材料更容易搭載，未來也將持續(xù)沿用新的正極材料體系，負(fù)極材料上，多采用硅、金屬鋰等高容量負(fù)極，充分發(fā)揮固態(tài)電池的優(yōu)勢。電極與電解質(zhì)之間存在緩沖層。 緩沖層的加入能起到改善電極與電解質(zhì)界面性能的作用。其成分可以為凝膠化合物、Al2O3 等。
隔膜仍然存在，電池實現(xiàn)全固態(tài)后消失。 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。這種折中的解決方法同時擁有固態(tài)電池的性能優(yōu)勢，在技術(shù)難度上也更加易于實現(xiàn)。 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。多采用軟包的封裝技術(shù)。 除去液態(tài)電解液后，固態(tài)電池的封裝與 PACK 上比傳統(tǒng)鋰電更靈活、更輕便，因此將采用軟包封裝。
▲固態(tài)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)透視圖
未來發(fā)展之路：步步為營，梯次滲透
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)。
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