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固态电池全面分析——必经之路,2020准固态,2025全固态

导读: 基于安全和能量密度上的优势,固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。

1. 基于安全和能量密度上的优势,固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。

2. 分类:液态/凝胶态只含有液体电解质,半固态(Half solid)液体电解质质量百分比<10%,准固态/类固态(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。

3. 电解质:准固态电池将以聚合物复合电解质为主,薄膜固态电池以氧化物复合电解质为主,全固态电池以硫化物复合电解质为主。

4. 产业化:2020 年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现 300 Wh/Kg,2025 年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现 400 Wh/Kg,2030 年前燃料/锂硫/空气电池实现 500 Wh/Kg

电池发展必经之路

1. 九大优势:安全性能双提升

固态电池,是一种使用固体正负极和固体电解质,不含有任何液体,所有材料都由固态材料组成的电池。

液态电解质锂离子电池有 7 大短板

固态电池相比于传统的锂离子电池,实现了安全与性能双提升

1)目前安全性最高

2)能量密度高

一是电压平台提升,负极金属锂,正极高电势材料,电化学窗口 5V 以上

二是减轻电池重量,电极间距可以缩短到微米级,内部串联后简化电池外壳及冷却系统模块,提高系统能量密度

三是材料体系范围大幅提升,对于锂-硫电池,可阻止多硫化物的迁移,对于锂-空气电池,可以防止氧气迁移至负极侧消耗金属锂负极。

值得特殊说明的是,如果不改变现有正负极体系,单纯把液体电解质更换为固体电解质,是无法从根本上提升能量密度的。

3)循环寿命长

4)工作温度范围宽

5)薄膜柔性化

6)回收方便

7)可快速充电

液态锂电池于过度快充时会产生「枝晶」,引发电池短路而起火爆炸的危险,理论上固态锂电池则可避免此危险发生,当然目前还只是理论。

8)多功能封装

9)生产效率提高

2. 电池发展必经之路

按照《中国制造2025》确定的技术目标,2020 年锂电池能量密度到 300 Wh/kg,2025 年能量密度达到 400 Wh/kg,2030 年能量密度达到 500 Wh/kg。

基于高镍三元+硅碳负极材料,现有体系的锂电池的能量密度很难突破 300 Wh/kg。

鉴于安全和能量密度上的优势,固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。

我们认为,2020 年前高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现 300 Wh/Kg,2025 年前富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现 400 Wh/Kg,2030 年前燃料/锂硫/空气电池实现 500 Wh/Kg,核聚变电池是人类社会终极能源方式,详情请参考上篇文章《汽车动力电池技术路线图——固态风口,核能终结!》

3. 下游应用

根据结构设计的差别,全固态锂电池可分为薄膜型和大容量型。

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