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发布日期：2024-04-28 08:29    点击次数：68

安全与性能要求日益提高，固态电板应时而生

新能源汽车销量快速增长，鼓动锂离子电板行业需求爆发。凭据EVSales数据统计，2012-2022年群众新能源汽车销量从12.5万辆增长至1052.2万辆，CAGR55.4%，浸透率从0.2%普及至13%。末端销量的强壮增长带动群众能源电板装机量快速攀升，2022年群众装机范围达到517.9GWh，同比增长71.8%。

依据电解液液体含量分类，锂电板可分为液态、固态混杂态和全固态三大类。固态锂离子电板的职责旨趣与液态锂离子电板同样,固态锂离子电板主要由正极、负极以及固态电解质构成，最践诺区别是将液态电板的电解液与隔阂替换成固态电解质，达成无谓能够少用隔阂及电解液。

电板能量密度捏续攀升，液态锂电板性能迟缓达到上限。跟着新能源汽车产业的飞快发展，汽车续航技术要求普及，从而鼓动对能源电板能量密度的追求捏续攀升。凭据我国汽车产业中弥远发展缠绵，2025年电板系统将达成300Wh/ke的冲破，而对于传统改态锂电电板表面能量密度上限约350Wh/kg，迟缓接近上限。研发和应器用备更高能量密度的能源电板手脚传统锂电板的替代品成为势必趋势。

与主流液态锂电板比拟，固态电板主要体现为:

a)固态电解质自己弗成燃，扼制锂枝晶孕育提高安全性。1)液态电板常见液体溶剂如EC和DMC齐是易蒸发易爆的化学物，而固态电板使用固态电解质，自己不具备可燃性，不错无谓能够少用有机溶剂，灵验减少副反馈发生，漏液风险小;2)固态电板的固态电解质自己绝缘不错充任隔阂作用;3)锂枝晶在固态电解质中降速孕育，大大缩短了电板短路和自燃的风险。

b)固态电板可搭配更高能正负极活性材料，极大普及能量密度上限。1)液态锂电板电解液在高电压下极易氧化确认，且易与负极发生反馈，固态电板电化学褂讪性窗口宽，可能搭配负载5V电压，适配硅基(4200mAh/g)、金属锂(3860mAh/g等负极材料;2)液态锂离子电板中隔阂和电解液共计占据了电板近40%体积和20%质料，固态电板对其使用的减少达成减重。3)固态电板电芯不错达成先串联后并联拼装的款式一次拼装成型，固态电解质的安全性不错减少系统热处理系统需求，成组效果大幅普及，更灵验运用空间。

c)回收便捷。由于固态电板自己莫得能够仅有极少液体，在回收时处理相对便捷。

赣锋锂电发布混杂固态电板居品，开启固态电板国内车端交易化进度。全固态电板从20世纪50年代就初始连接，已历时半个多世纪。2011年10月，法国博洛雷集团初始在其自主研发的电动汽车“Bluecar”和电动巴士“Bluebus”上搭载由子公司Batscap制造的固态电板，以聚氧化乙烯(PEO)手脚电解质，磷酸铁锂手脚正极，是寰宇上初次用于EV的交易化固态电板。2020年，清陶能源建成群众首条固态能源锂电板范围化量产线，缠绵固态电板将于2023年最初应用于上汽自主品牌新款车型。2022年1月，东风风神E70 50台搭载赣锋锂业混杂固液电板示范运营车致密发布，首批50辆新车将在江西、广州、浙江、江苏四个省份开启示范运营，开启了国内固态电板应用实践的交易进度。2023年头，卫蓝新能源晓示和蔚来汽车互助，将其半固态电板居品应用于ET7车型，单体能量密度达360Wh/kg。

固态电解质为中枢材料，四种材料体系并行发展

固态电解质是固态锂离子电板的中枢构成部分，可同期手脚电板的隔阂以及电板的电解质。电解质的中枢作用是起着在正负极之间传输Li+的作用。理念念的固态电解质应欢欣离子电导率高、界面阻抗低、结构褂讪安全性高、机械强度高、价钱便宜等特色。当今来看，凭据电解质的不同，主要可分为团员物固态电解质和无机固态电解质。前者代表性的体系是PEO聚环氧乙烷;后者是氧化物、硫化物和卤化物体系。

固体电解质材料主要的问题鸠集在离子电导率偏低、固体电解质/电极间界面阻抗大，界面相容性较差、充放电历程中的材料体积彭胀收缩导致界容貌易别离等，从而平直影响电板的低温性能、快充性能、能量密度与功率密度，具体来看:

1)固态电解质室温离子电导率偏低，截至充放电速度。传统液态电解质的分子结构较为松散，离子不错更目田地带领，比拟之下固态电解质的晶体结构往往比较褂讪，离子的带领需要克服晶格的位移和能垒，导致离子电导率受限。因此液态电解质室温离子电导率约为10-2S/cm，但固态电解质离子电导率往往比电解液低10倍以上。低离子电导率会截至电板的充放电速度，导致电板的功率输出受限，缩短电板在高功率需求下的能量密度。因此固态电板在交易化之前需冲破离子电导率的瓶颈。

2)固固界面导致阻抗增大，缩短输出功率。在全固态锂电板中，电极与电解质之间的界面斗争由固液面斗争变为固固点斗争,由于固相无润湿性，因此固固界面将酿成更高的界面电阻，不利干锂离子在正负极之间传输，导致电板的功率输出技术放松。充放电效果缩短。

3)固固材料在充放电中体积不断彭胀收缩，导致界容貌易别离。固态电解质材料与正负极极片之间的阻抗增大，电板在轮回历程中由于正负极不断彭胀和收缩，产生多数的里面微裂纹，最终导致固态锂金属电板快速失效、寿命减少。

氧化物固态电解质由氧化物类无机盐构成，可分为晶态电解质和非晶态电解质。除可用在薄膜电板中的锂磷氧氮LiPON型非晶态电解质除外，刻下商用化主要聚焦在晶态电解质材料的连接，主流的晶态电解质材料体系有:石榴石(LLZ0)结构固态电解质、钙钛矿(LLTO)结构固态电解质、NASICON(Na[A2B3012])钠超离子导体型固态电解质(如Na3Zr2Si2PO12)等。

石榴石型电解质的通式为Li3+xA3B2012，主要材料体系为Li7La3Zr2012，当今使用较广;钙钛矿型电解质的通式为Li3x La2/3-xTi03，具有结构褂讪，制备工艺浅易，要素可变范围大等上风，但其离子电导率略低;NaSICON型电解质运用NASICON骨架结构通过锂钠替换不错制备高性能Li+固态电解质，当今主流材料有Li1+x Alx Ti2-x(PO4)3(磷酸钛铝锂LATP)体系。上述材料中LLZ0对于锂负极具有较高的兼容性;NaSICON型和钙钛矿型电解质对金属Li的电化学褂讪性较差。举座上，氧化物固态电解质室温离子导电率较高，达到10-5-10-3S/cm，况兼电化学窗口宽、化学褂讪性高、机械强度较大，是理念念的固态电解质材料体系，但也存在烧结温度较高和机械加工容易脆裂风险。

固态电板产业化初探:氧化物配套混杂态有望最初量产

刻下固态锂电板的应用大体还处于实验室阶段，交易范畴仍属于小批量制造。具体来看:

团员物电解质当今有小批量坐褥应用范畴有限。由于团员物固态电解质和传统液态锂电板接近，可运用现存树立通过改良坐褥，况兼工艺浅易、资本较低，故较容易达到量产要求。当今团员物薄膜电板如故有小批量坐褥，但只适用于袖珍器件，大容量的电芯比较难以制作。

氧化物电解质接近量产要求。氧化物电解质在国内发展较快，当今常用氧化物体系跟电解液或团员物复合制成固液混杂电板，产业链基本老到，初创公司如故接近量产阶段，是国内混杂固液类型的固态锂电板迟缓趋同的阶梯。

硫化物高资本短期较难改善。硫化物电解质如硫化锂、硫化磷需要进行高压下的化合，制备难度较高，同期硫化锂资本极高导致硫化物固态电板资本远高于波态电板，据中国一汽估算刻下350Wh/kg体系硫化物全固态电板资本约40元/Wh，距离量产还尚为远方。

卤化物电解质施展飞快后劲弘远。当今卤化物电解质的连接施展较快，其离子电导率、正极材料兼容性、空气/湿气环境褂讪性等问题还有待进一步改善，但其低资本、环境友好，比拟其他电解质具有更为优异的高电压正极褂讪性，相对较高的锂离子电导率等性情适互助为一项独到的正极侧的电解质战略鼓动全固态电板走向实用化。

当今国内固态电解质侧重于氧化物体系，日韩侧重于硫化物体系。咱们合计，商量到全固态电板研发和加工门槛较高，固液混杂电板手脚中间形态电板决议有望最初大范围坐褥，成为液态锂离子电板体系的灵验补充。混杂固液锂电板中同期含有液体和固体电解质，相较全固态锂电板，固液混杂锂电板诚然在安全性、能量密度和电位上限有所折让，但工艺门槛更容易冲破，因此混杂固态电板被视为液态电板向全固态电板迭代的一种禁锢决议，短期内有望成为国内企业主要阶梯。

咱们合计，跟着对电板安全性和能量密度普及的要求及下流需求带动，固态电板迎来发展机遇，有望成为刻下液态锂离子电板体系的补充。保举:1)固态电板布局较早的具有范围化坐褥训诫企业:宁德时间，受益主义:国轩高科;2)固态氧化物电解质材料企业:当升科技。

此为论述精编节选，论述PDF原文：《电气树立-2024年春季战略会：固态电板产业化提速，电板材料再迎拓展-国泰君安[庞钧文,牟俊宇]-20240414【34页】》论述着手：【价值目次】

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