知識拓展固態(tài)電池01固態(tài)電池定義02固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢03固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比04固態(tài)電池產業(yè)鏈及應用場景05固態(tài)電池面臨的難點和挑戰(zhàn)01固態(tài)電池定義一、固態(tài)電池定義?什么是固態(tài)電池？傳統(tǒng)鋰離子電池包括正極、負極、電解液、隔膜四大組成部分，固態(tài)電池將電解液換成固態(tài)電解質。按照固態(tài)電解質用量可分為半固態(tài)、準固態(tài)以及全固態(tài)電池，它們都可以籠統(tǒng)地統(tǒng)稱為固態(tài)電池，而區(qū)別是它們的液體含量分別是5-10wt%、0-5wt%、0wt%。固態(tài)電池較之傳統(tǒng)鋰離子電池，關鍵區(qū)別在于電解質由液體變?yōu)楣腆w，兼顧安全性、高能量密度等性能。鋰離子電池全固態(tài)電池02固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢鋰離子固態(tài)電池的工作原理和液態(tài)鋰離子電池相似，是“搖椅式”工作原理，鋰離子在電池正負極間不斷往返。在充電過程中，正極材料中的活性物質在發(fā)生電化學氧化反應，鋰離子從正極脫出，通過電解質傳輸?shù)截摌O和電子相結合產生嵌鋰反應。放電過程則與充電過程相反。鋰離子電池的正極材料通常是鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰等嵌鋰材料；負極材料則是石墨或鋰金屬，以將Li+保存在石墨層中或者沉積在鋰金屬上。固態(tài)電解質是連接正負極的橋梁，是固態(tài)鋰離子電池至關重要的部分。固態(tài)電池工作原理二、固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢

正極反應

負極反應二、固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢固態(tài)電池的優(yōu)勢01安全性高全固態(tài)鋰電池采用固體電解質，固體電解質一般由有機、無機化合物合成，熔點、沸點均較高，大部分材料不可燃。同時，固體電解質薄膜致密無孔，機械強度較高，有效抑制負極鋰枝晶刺穿造成短路的問題。02能量密度高金屬鋰比容量高，接近石墨負極的10倍，金屬鋰即使只發(fā)揮出50%的有效容量，也遠高于石墨和硅基負極。二、固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢固態(tài)電池的優(yōu)勢03應用溫度范圍寬固體電解質的分解溫度普遍較高，聚合物有機固體電解質一般使用溫度超過150℃，無機固體電解質最高溫度有望提升到300℃，這拓寬了鋰電池在高溫領域的應用。04設計多樣化由于電解液具有流動性，在電池的外部形態(tài)、內部結構設計方面，都會受到一定的限制。固體電解質減少了注液的步驟，制備工藝簡化，電池設計多樣化。二、固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢03固態(tài)電池和液態(tài)電池制造工藝對比固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比固態(tài)電池生產工藝與液態(tài)電池在制造工藝上具有諸多相似性，如電極極片的制造過程都是基于漿料混合、涂布和延壓，分切完成后進行極耳焊接、PACK（電池包加工成組）。固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝核心區(qū)別如下：最核心的區(qū)別有三點固態(tài)電池正極材料復合化，即固態(tài)電解質與正極活性物質的混合體作為復合正極；電解質添加方式不同，液態(tài)電池是在極耳焊接后將電解液注入電池內并進行封裝，而固態(tài)電解質除了與正極活性物質形成復合正極外，還需要在延壓完成的復合正極上再進行一次涂布；液態(tài)鋰離子電池極片可用卷繞或者疊片的方式組合，而固態(tài)電池由于其固態(tài)電解質如氧化物和硫化物韌性較差，通常使用疊片形式封裝。三、固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比漿料混合漿料混合涂布涂布延壓延壓分切分切疊片/卷繞極耳焊接注液封裝化成質檢正極石墨負極液態(tài)電解質液態(tài)電池制造工藝路線鋰金屬負極固態(tài)電解質復合正極擠出漿料混合漿料混合延壓涂布延壓分切涂布干燥延壓分切疊片擠壓極耳焊接封裝化成質檢固態(tài)電池制造工藝路線固態(tài)電解質三、固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比固態(tài)電解質核心工藝在于成膜，可分為干法、濕法和其他工藝固態(tài)電池的制造，核心工藝在于固態(tài)電解質成膜環(huán)節(jié)，電解質的成膜工藝會影響電解質厚度及相關性能，厚度偏薄，會導致其機械性能相對較差，容易引發(fā)破損和內部短路，偏厚則內阻增加，降低電池單體和系統(tǒng)的能量密度。干法成膜工藝將電解質與粘接劑混合后研磨分散，對分散后的混合物進行加壓（加熱）制備獲得固態(tài)電解質膜，該方法不使用溶劑，無溶劑殘留，干法的缺點在于電解質膜相對較厚，由于其內部不含活性物質，會降低固態(tài)電池的能量密度。缺點：電解質膜較厚，可能降低全固態(tài)電池的能量密度。三、固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比濕法成膜工藝模具支撐成膜，適用于聚合物和復合電解質，將固體電解質溶液倒入模具，溶劑蒸發(fā)后獲得固態(tài)電解質膜；正極支撐成膜，適用于無機和復合電解質膜，即將固體電解質溶液直接澆在正極表面，溶劑蒸發(fā)后，在正極表面形成固體電解質膜；骨架支撐成膜，適用于復合電解質膜，將電解質溶液注入骨架中，溶劑蒸發(fā)后，形成具有骨架支撐的固態(tài)電解質膜，能夠提升電解質膜的機械強度。缺點：溶劑可能有毒性，成本高，殘留溶劑降低固態(tài)電解質的離子電導率。其他成膜工藝包括化學、物理、電化學氣相沉積等方法。此類工藝成本較高，適合于薄膜型全固態(tài)電池。三、固態(tài)電池和液態(tài)制造工藝對比04固態(tài)電池的工作原理及優(yōu)勢固態(tài)電池產業(yè)鏈固態(tài)電池產業(yè)鏈固態(tài)電池產業(yè)鏈上游為基礎材料及設備，包括原料礦產，正負極材料、電解質等電芯原材料，以及電池生產設備等；中游為電池包加工制備，包括電池封裝集成、電源管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等方案設計；下游為應用領域，包括新能源汽車、消費電子、儲能、電動工具等。四、固態(tài)電池產業(yè)鏈及應用場景固態(tài)電池應用場景01儲能系統(tǒng)用于電力系統(tǒng)調峰填谷，提升風電、光伏等可再生能源并網穩(wěn)定性，降低棄電率。?電網級儲能為工廠、商場等場所提供備用電源，通過錯峰用電降低運營成本，保障電力供應安全。?工商業(yè)儲能與家庭光伏系統(tǒng)結合，實現(xiàn)能源自給自足，減少對傳統(tǒng)電網依賴，提升用電經濟性。?戶用儲能四、固態(tài)電池產業(yè)鏈及應用場景固態(tài)電池應用場景02新能源汽車固態(tài)電池憑借高能量密度優(yōu)勢，推動電動汽車續(xù)航突破1000公里。豐田計劃2027年量產搭載固態(tài)電池車型；寧德時代、比亞迪等企業(yè)加速布局，預計2027年裝車續(xù)航可達1200公里，且充電時間縮短至10分鐘。?四、固態(tài)電池產業(yè)鏈及應用場景固態(tài)電池應用場景03消費電子高能量密度特性使智能手機續(xù)航提升3倍、體積縮小50%。三星、華為等廠商聚焦柔性固態(tài)電池研發(fā)，計劃2027年率先應用于折疊屏設備；同步拓展至筆記本電腦、AI眼鏡、智能穿戴等領域，滿足輕薄化、長續(xù)航需求。?四、固態(tài)電池產業(yè)鏈及應用場景固態(tài)電池應用場景04其他場景耐受極端溫度（-40℃~150℃），適配電動垂直起降飛行器及航天器動力系統(tǒng)。?航空航天具備高壓抗腐蝕性能，為深海探測器、水下機器人提供穩(wěn)定電源。深海設備應用于植入式心臟起搏器等設備，電池壽命延長至50年，減少更換風險與醫(yī)療負擔。醫(yī)療設備四、固態(tài)電池產業(yè)鏈及應用場景05固態(tài)電池面臨的難點和挑戰(zhàn)固態(tài)電池面臨的難點和挑戰(zhàn)電解質的難點電解質作為鋰離子傳輸關鍵媒介，對電池性能影響重大。存在鋰金屬負極有缺陷、與金屬鋰接觸的固體電解質界面易失效、活性正極材料和固態(tài)復合正極材料機械穩(wěn)定性欠佳等情況，且不同技術體系的固態(tài)電解質材料各有缺陷或短板。液態(tài)電解質轉向固態(tài)的挑戰(zhàn)在選擇固態(tài)電解質和設計電芯時，需解決循環(huán)過程中的固相界面接觸及體積膨脹問題。其中氧化物材料柔韌性差，界面接觸不良會使界面阻抗增加；聚合物導電率比液態(tài)電解質低4-5個數(shù)量級；硫化物固態(tài)電池存在電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規(guī)?；a技術不成熟等問題