固態(tài)電解質(zhì)類型及相關(guān)特性梳理

固態(tài)電解質(zhì)的不可燃燒性可以完美解決鋰電池的安全問(wèn)題，而且可以將鋰金屬負(fù)極和高壓正極匹配做成更高能量密度的全固態(tài)鋰電池，成為極具前景的下一代動(dòng)力電池技術(shù)；固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率無(wú)法達(dá)到商業(yè)要求，相較有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)仍有較大差距。 進(jìn)展方面，硫化物在商業(yè)化方面的進(jìn)展較為領(lǐng)先，解決硫化物的界面及其穩(wěn)定性應(yīng)該是全固態(tài)主要的發(fā)展方向之一。

固態(tài)電解質(zhì)類型及相關(guān)特性梳理

技術(shù)路徑：電芯內(nèi)液體含量逐年減少，液態(tài)電解液逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣桃夯旌想娊庖?，最終被全固態(tài)所取代；負(fù)極中鋰金屬的含量逐漸增加，最終達(dá)到以純鋰金屬為負(fù)極材料的全固態(tài)電池；正極由LFP/NCM等材料逐步轉(zhuǎn)化為以硫和空氣為正極材料的全固態(tài)電池。 固態(tài)電池發(fā)展路徑

硫化物目前在商業(yè)化方面的進(jìn)展較為領(lǐng)先，豐田的技術(shù)路線即為硫化物，其具有高離子電導(dǎo)率和固有的柔軟特性和良好的機(jī)械強(qiáng)度，但同時(shí)具有與鋰金屬的不相容性和空氣敏感性，且與電極間的阻抗過(guò)高；電池容量與循環(huán)性能仍遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)有機(jī)電解液電池，未來(lái)將硫化物固態(tài)電解質(zhì)與聚合物固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行復(fù)合是解決此類缺陷的方向之一。 固態(tài)電池的誕生將會(huì)對(duì)目前的液態(tài)電池造成革命性的改變，如材料方面固態(tài)電解質(zhì)、Bi-Polar新型箔材料將成為新興材料，而對(duì)金屬鋰箔材的需求將會(huì)繼續(xù)增大，同時(shí)大型平面疊片機(jī)將成為裝配生產(chǎn)線的主宰，與此同時(shí)隔膜、電解液、殼/蓋等零部件、PACK熱管理將不再需要，而且銅箔、鋁箔、石墨材料會(huì)因?yàn)锽i-Polar新型箔材料以及鋰金屬的競(jìng)爭(zhēng)或?qū)⑼顺鲣囯姵匦袠I(yè)。

興起的行業(yè)

1、固態(tài)電解質(zhì)化工產(chǎn)業(yè)興起 2、Bi-Polar新型箔材料將出現(xiàn)并形成巨大產(chǎn)業(yè) 3、金屬鋰將供不應(yīng)求 4、大型平面疊片機(jī)將成為裝配生產(chǎn)線的主宰 5、適合固態(tài)電解質(zhì)的新型投料、混漿將出現(xiàn)

消退或退出的行業(yè)

1、隔膜和電解液產(chǎn)業(yè)將消失 2、銅箔、鋁箔產(chǎn)業(yè)面臨Bi-Polar材料的挑戰(zhàn)或?qū)⑼顺鲣囯娦袠I(yè) 3、石墨材料將面臨金屬鋰的替代而產(chǎn)量大幅度下降 4、現(xiàn)有單體電池的零配件，如殼、蓋將不再需要 5、PACK熱管理不再需要；連接方式將大幅度簡(jiǎn)化，相應(yīng)零配件不再需要 6、如果Tesla的Dry Coating電極生產(chǎn)應(yīng)用起來(lái)，現(xiàn)今的攪拌設(shè)備、涂布機(jī)、NMP產(chǎn)業(yè)都會(huì)退場(chǎng) 7、卷繞機(jī)，注液機(jī)等現(xiàn)有單體電池的組裝設(shè)備行業(yè)將消失 8、現(xiàn)有的立體庫(kù)式電池充放電化成設(shè)備將不適合疊層電池的高電壓和尺寸，也可能根本就不需要了

全球主要固態(tài)電池企業(yè)研發(fā)進(jìn)展

以豐田為龍頭的企業(yè)引領(lǐng)日本產(chǎn)業(yè)界發(fā)展

日本已經(jīng)把發(fā)展全固態(tài)電池上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，充分發(fā)揮國(guó)內(nèi)產(chǎn)、官、研緊密結(jié)合的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，以舉國(guó)之力發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)。目前，日本各企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)在技術(shù)研究方面申請(qǐng)的專利數(shù)量居全球首位，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面同樣領(lǐng)先于其他國(guó)家。日本針對(duì)全固態(tài)電池的研發(fā)主線，已經(jīng)從最初的探索高性能的電解質(zhì)材料，逐步轉(zhuǎn)移到解決諸如電芯的試制、制造工藝的開(kāi)發(fā)、充放電循環(huán)壽命等課題之上。研究重點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入了根據(jù)不同的應(yīng)用，嘗試正極材料和負(fù)極材料的適當(dāng)組合，以及嘗試實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的制造工藝開(kāi)發(fā)的階段。

美國(guó)技術(shù)初創(chuàng)公司為主發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)

在能源部（DOE）科學(xué)基金和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究的推動(dòng)下，美國(guó)在固態(tài)電池方面的研究取得了重大進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上衍生出眾多初創(chuàng)公司，如QuantumScape、SEEO、Solid Power、Solid Energy Systems、Ionic Materials等，這些初創(chuàng)公司以其在固態(tài)電池技術(shù)方面的先進(jìn)性，目前已分別得到了寶馬、大眾、現(xiàn)代等汽車巨頭和多家風(fēng)投基金的投資。正是通過(guò)這些初創(chuàng)公司的技術(shù)創(chuàng)新能力，確保了美國(guó)進(jìn)入全球固態(tài)電池研究水平的前列。 從技術(shù)路徑來(lái)看，美國(guó)這些初創(chuàng)公司選擇的技術(shù)路徑以聚合物電解質(zhì)和氧化物電解質(zhì)為主，負(fù)極多采用鋰金屬。

以三星為代表的企業(yè)界主導(dǎo)韓國(guó)固態(tài)電池開(kāi)發(fā)

在固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化道路上，韓國(guó)以企業(yè)界為主導(dǎo)，在政府部門指引下，國(guó)內(nèi)各大汽車電池生產(chǎn)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池。目前，韓國(guó)研究固態(tài)電池的企業(yè)主要有三星SDI、LG和現(xiàn)代汽車等，其中三星、LG和SK創(chuàng)新選擇成立聯(lián)合基金共同開(kāi)發(fā)固態(tài)電池。現(xiàn)代沒(méi)有參加以上的三家聯(lián)盟，而是選擇自主開(kāi)發(fā)、與高校合作和外部投資的方式進(jìn)入固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈。在專利方面，韓國(guó)分布相對(duì)比較集中，三星SDI、LG和現(xiàn)代占比50%以上；在技術(shù)路徑方面均以硫化物電解質(zhì)為主。 全球固態(tài)電池企業(yè)研發(fā)情況

內(nèi)容摘自賽瑞研究《2022年全球新能源汽車&動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告》&《2022年固態(tài)鋰電池行業(yè)研究報(bào)告》

審核編輯 ：李倩