全球固态电池发展现状及前景-韭研公社

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全球固态电池发展现状及前景

无求

中线波段

2020-12-02 19:47:55

电池需求年增长 23-25%，2018年2300亿，2026年预计1万亿市场规模。

基于松下 18650 电池一直提升能量密度，到2015年250Wh/kg，大容量动力电池相对发展慢一些，2012年动力电池开始提升能量密度。

研发端高能量密度的报道，用到了富锂锰基、锂负极。

宁德时代、国轩、力神基本在300wh/kg以上没有问题，预判2025年回到400wh/kg以上，会用到什么正负极。正极：富锂正极；负极：含锂负极、合金。

电池能量密度：第一代100-200wh/kg；第二代 models：NCA/C

宝马i3；第三代>500km（300Wh/kg,600Wh/L)、高低温、循环寿命、降本。目前的电池技术还不能很好的满足所有要求，需要改进现有技术或者发展新的电池技术。能量密度主要由正负极材料决定的。

高能量正极：主要挑战是整机颗粒表面氧化电解质、深度脱历代导致相变和粉化等。

高能量负极：硅碳负极、含锂负极。体积变化都非常大，导致负极持续体积膨胀，SEI 持续破裂，锂枝晶生长断裂。总的解决方案就是固态电池。

电解液：DMC\DME，燃点低、化学活性强、放热起火，固态电池替换有机溶剂到固态电解质，高盐浓度水系电解液，提高水的分解电压，提高电化学稳定性窗口。凝胶电解质。

三种固态电解质：聚合物、氧化物、硫化物。

半固态：市面上量产的固态都是半固态电池，还没有全固态量产。

固态电池优点：高安全性（固态电解质物理上隔绝枝晶穿透穿）；

高单体能量密度（锂金属负极）；高系统能量密度（减少集流体，提高活性物质含量）；柔性化前景（医疗器件、可穿戴）

缺点：界面接触不良；界面稳定性问题；制备工艺复杂；技术不够成熟；成本高昂；锂枝晶沿晶界和孔隙生长聚合物固态电解质只能 60 度以上工作，法国 blue car氧化物、硫化物离子电导率远高于聚合物

稳定性：氧化物稳定一些，国内固态电池市场产线都是选择氧化物路线，更稳定、离子电导率高于聚合物。但是达不到电解液，还是需要固液混合电解质的情况。

硫化物离子电导率高、成本价格高、空气稳定性、界面稳定性、成本高差。

薄膜全固态电池：主要特点有循环性好、适应高电压、容量小、能量密度低、成本高聚合物体系固态电池，

2011年blue car用的LFP|Li，主要特点：有容易加工，可制备大容量电芯，容易短路，220Wh/kg。

丰田：所有专利都布局在如何一直H2S产生，研发硫化物电池在像安全性走，仍然围绕硫化物固态电池，说明丰田对于硫化物固态电池安全性很有信心，本来要展示硫化物固态电池巴士在东京奥运会上，说明丰田有这能力。

三星：硫化物全固态电池性能最好的，1000圈，200Wh/kg。

中国新能源汽车国家计划中动力电池的规划内容：

《节能与新能源汽车国家规划》：电池模块的质量密度达到300瓦时/公斤以上，成本降至1.5元/瓦时以下。

“十三五”计划--新能源汽车重点研发专项(2016-2020)：产业化锂离子电池能量密度达到300Wh/kg以上，成本降至0.8元以下；电池系统能量密度达到200Wh/kg以上，循环寿命达到1200次以上。

新型锂离子电池能量密度达到400Wh/kg以上，新体系电池能量密度500Wh/kg以上。

《中国制造2025》：2020年:电池能量密度达到300Wh/kg；2025年:电池能量密度达到400Wh/kg:2030年:电池能量密度达到500Wh/kg。汽车产业中长期发展规划：2020年:电池能量密度达到300Wh/kg以上，力争实现350Wh/kg，系统比能量力争达到260Wh/kg、成本降至1元/Wh以下；2025年电池系统能量密度达到350瓦时/公斤。

中国动力电池指标和技术路线考虑，2025年达到：

能量密度：单体400Wh/kg，系统300Wh/kg；

比能量:单体80OWh/L，系统500Wh/L；

比功率:单体 1000W/kg，系统 700W/kg；

寿命:单体4500次/12年，系统3500次/12年；

成本:单体0.5元/Wh,系统0.9元/Wh。

比能量的提升:应用新型材料体系、提高电池工作电压

寿命的提升:采用电极界面沉积、开发新体系锂盐、优化生产

安全性的提升:新型隔膜、新型电解液、电极安全涂层、优化电池

成本的控制:新材料应用、新制造工艺和装备

未来电池技术发展趋势：高安全、长寿命、快充放、高低温。

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