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。

當前動力電池單體能量密度與各項政策指標仍有較大差距

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。負極材料當前產(chǎn)業(yè)化仍集中于石墨材料，未來也在向硅碳負極進行過渡。

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；更寬的電化學窗口，更易搭載高電壓正極材料；兼容金屬鋰負極，提升能量密度上限。

鋰金屬負極體系能量密度遠超傳統(tǒng)鋰電

固態(tài)電解質(zhì)對鋰金屬負極兼容性更好

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)部電流的導通，決定鋰離子運輸順暢情況的指標被稱為離子電導率，低的離子電導率意味著電解質(zhì)差的導鋰能力，使鋰離子不能順利在電池正負極之間運動。

三大體系固態(tài)電解質(zhì)離子電導率高低順序

低離子電導率與高界面阻抗導致了固態(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)屬于有機電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無機陶瓷電解質(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、增加電導率，因此隔膜仍然存在與電池中以用來阻隔正負極，避免電池短路。而隨著技術(shù)推進，未來電解液用量會越來越少，當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