液态锂离子电池自商业化以来,凭借较高的能量密度和成熟的产业链优势快速发展,但随着终端需求对续航、安全、快充的要求不断提升,其固有的技术瓶颈日益凸显。此时,固态电池以其独特的技术优势成为下一代动力电池的核心方向,其产业化进程的加速,正为高性能材料产业带来新的发展机遇。
一、固态电池概述
固态电池是指采用固态电解质作为离子传导介质的化学电源。其核心构成包括正极、负极、固态电解质三大组件。目前可分为“半固态”与“全固态”两种。半固态电池仍保留少量液态电解液,目前已进入商业化试点阶段;全固态电池则完全摒弃液态成分,依赖固态电解质实现离子传导,是未来终极形态,但当前仍面临界面兼容性、生产成本等挑战。
核心优势为能量密度跨越式提升、安全性实现质的飞跃、电池厚度大幅降低。
二、固态电池全球产业化进程
全球固态电池产业正进入“东亚研发引领、中国产业化主导、欧美差异化竞争”的新阶段。
不同地区技术路线及发展特点
三、高性能材料:固态电池产业化的核心支撑
固态电池的性能突破与成本下降,本质上依赖于高性能材料的创新,材料体系的升级是产业化的关键。
1、正极材料
高比能、高能量密度是正极材料主要发展方向,核心在于与固态电解质的协同适配。
高镍三元材料:以NCM622、NCM811等为代表,其高比容量特性与固态电解质的宽电化学窗口相结合,有助于提升电池续航能力;另外,固态电解质能抑制高镍材料在循环过程中的界面副反应和结构退化,有效缓解传统液态电池中常见的容量衰减问题,从而可提升电池的循环寿命。
富锂锰基材料:富锂锰基是全固态电池可选用的理想正极材料,其通过锰元素部分替代锂,可降低正极材料成本,同时提高能量密度,具有高电压、高放电比容量的优势。
国内主要头部企业有:当升科技、容百科技、华友钴业、天力锂能。
2、负极材料
负极材料发展与应用遵循着从石墨到硅碳,再到硅氧,最终迈向金属锂的清晰路径。
硅基负极:硅基负极的优势在于具有高比容量,并可以在不影响整体能量密度的情况下减小电极的厚度,提升快充性能和电池寿命。
锂金属负极:锂金属负极具有极高的理论容量和低电位、低密度优势,可从本质上提升电池安全性、能量密度和重量,是全固态电池的最优发展方向。但目前其制备工艺难度大、成本高昂,距离大规模量产应用还有较长的研究路程。
国内领先企业有:贝特瑞、杉杉股份、翔丰华、道氏技术。
3、固态电解质材料
固态电池的技术分化核心在于固态电解质的选择,目前形成氧化物、硫化物、聚合物三大主流路线,各具优劣与适用场景。
氧化物固态电解质:氧化物固态电解质以磷酸钛铝锂(LATP)、锂镧锆氧(LLZO)、锂镧钛氧(LLTO)为代表。国内赣锋锂业、天目先导、清陶能源、贝特瑞、璞泰来、上海洗霸、德尔股份、金龙羽、三祥新材等企业已实现氧化物固态电解质商业化生产能力。
硫化物固态电解质:硫化物固态电解质以锂和硫为主要成分,并可以由磷、硅、锗或卤化物等元素补充。国内以宁德时代、蜂巢能源、恩力动力、高能时代、中科固能、国轩高科等为代表的厂商选择硫化物线路作为主要技术路径。
聚合物固态电解质:柔性好、成本低,率先得到应用,不过由于聚合物电解质性能达到上限难以突破,限制了其未来发展空间,固态电池技术研究逐渐向氧化物系和硫化物系过渡。主要以欧洲为主导,我国聚合物固态电解质市场参与企业较少,主要有清陶能源、国轩高科等。
从技术发展阶段看,当前市场正处于从半固态向全固态过渡的关键期,技术路线的逐步成熟。2024—2025 年是半固态电池量产的关键窗口期,宁德时代、蔚来等企业的合作项目已实现半固态电池装车应用。而全固态电池的工程化突破预计将在2026—2027年实现,以丰田、比亚迪为代表的龙头企业计划在2027年左右启动全固态电池批量示范装车应用。
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