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電池變革重要賽點(diǎn),材料設(shè)備全新顛覆——固態(tài)電池深度研究報告證券分析師:鄧偉執(zhí)業(yè)證書編號:S0210522050005游寶來執(zhí)業(yè)證書編號:S0210523030002研究助理:請務(wù)必閱讀報告末頁的重要聲明
李宜琛華福證券證券研究報告|行業(yè)深度報告電力設(shè)備與新能源行業(yè)評級強(qiáng)于大市(維持)2026年1月6日【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli
發(fā)展固態(tài)電池已成為行業(yè)共識、全球競爭賽點(diǎn):理論上能實(shí)現(xiàn)高比能、高安全性的固態(tài)電池體系,是全球公認(rèn)的顛覆性技術(shù)。減少液態(tài)電解質(zhì)含量,提升固態(tài)電解質(zhì)占比,逐步實(shí)現(xiàn)固態(tài)化,是行業(yè)發(fā)展共識。由此帶來的對材料體系、裝備體系的顛覆,迫使全球企業(yè)、研究團(tuán)隊(duì)展開新一輪的創(chuàng)新競爭,避免在新技術(shù)方向上的掉隊(duì)風(fēng)險。2027年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)、工藝定型,基本上是國內(nèi)外企業(yè)一致預(yù)期的重要時間節(jié)點(diǎn)。
材料端:固態(tài)電池顛覆材料環(huán)節(jié),重視增量、升級、瓶頸環(huán)節(jié)。全固態(tài)電池顛覆現(xiàn)有體系,核心增量環(huán)節(jié)是硫化物/氧化物/鹵化物/聚合物固態(tài)電解質(zhì),其中降本、量產(chǎn)瓶頸在于硫化鋰(成本高、工藝放大難)。此外,能量密度的提升依賴高鎳/富鋰錳基正極、鋰金屬/硅碳負(fù)極的性能突破和應(yīng)用;工藝落地上,需要粘結(jié)劑、骨架材料、新型集流體等的配合
參與,對導(dǎo)電劑、鋁塑膜等的應(yīng)用也會提升。
設(shè)備端:中試線設(shè)備先行,緊抓增量、變革設(shè)備。從第一性原理出發(fā),干法電極能實(shí)現(xiàn)厚電極、減少能耗、提高壓實(shí)密度、減少和硫化物電解質(zhì)副反應(yīng),是固態(tài)電池優(yōu)選方案,顛覆傳統(tǒng)前道設(shè)備工藝。等靜壓設(shè)備解決界面接觸問題,是有別于傳統(tǒng)鋰電設(shè)備的高壁壘增量環(huán)節(jié)。此外,裁切、疊片、膠框印刷、激光切割、焊接、化成分容、檢測環(huán)節(jié)也有增量變化。2026年將進(jìn)入設(shè)備定點(diǎn)、定型的關(guān)鍵時期,重點(diǎn)關(guān)注綁定核心電池、主機(jī)廠的設(shè)備企業(yè)。
建議關(guān)注:主線1:關(guān)鍵材料:【硫化物電解質(zhì)】當(dāng)升科技、國瓷材料、容百科技、泰坦股份、道氏技術(shù)等;【硫化鋰】上海洗霸、廈鎢新能、恩捷股份、海辰藥業(yè)、華盛鋰電、光華科技等;【鋰金屬負(fù)極】中一科技、天鐵科技、道氏技術(shù)、英聯(lián)股份等;【硅碳負(fù)極】璞泰來、貝特瑞、杉杉股份、元力股份、道氏技術(shù)等;【輔材】博苑股份、日播時尚、海辰藥業(yè)、松井股份、天奈科技等;【集流體】德??萍?、諾德股份、嘉元科技、中一科技、遠(yuǎn)航精密等。主線2:設(shè)備先行,關(guān)注固態(tài)電池增量設(shè)備:先導(dǎo)智能、納科諾爾、宏工科技、聯(lián)贏激光、利通科技、錫裝股份、科新機(jī)電、榮旗科技、海目星、星云股份、信宇人、德龍激光、曼恩斯特、璞泰來、利元亨、贏合科技、奧特維等。主線3:差異化競爭的電池企業(yè):寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、欣旺達(dá)、孚能科技、金龍羽、豪鵬科技、珠海冠宇、德爾股份、冠盛股份等;
風(fēng)險提示:固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展、固態(tài)電池量產(chǎn)不及預(yù)期等。【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli投資要點(diǎn)2華福證券
概覽:全球發(fā)展進(jìn)程、政策,產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段
材料:各技術(shù)路線對比、格局分析
設(shè)備:變化、難點(diǎn)、格局
投資建議與風(fēng)險提示目
錄【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli3華福證券
液態(tài)鋰離子電池觸及能量密度上限,發(fā)展固態(tài)電池已成為行業(yè)共識:傳統(tǒng)鋰離子電池采用了易燃的液態(tài)電解質(zhì),能量密度已經(jīng)接近理論極限300Wh/kg(石墨負(fù)極+過渡金屬氧化物),難以滿足智能化電動車、電動航空、智能終端等場景對能量密度、安全性更高的要求。理論上能實(shí)現(xiàn)高比能、高安全性的固態(tài)電池體系,是全球公認(rèn)的顛覆性技術(shù)。減少液態(tài)電解質(zhì)含量,提升固態(tài)電解質(zhì)占比,逐步實(shí)現(xiàn)固態(tài)化,是行業(yè)發(fā)展共識。由此帶來的對材料體系、裝備體系的顛覆,迫使全球企業(yè)、研究團(tuán)隊(duì)展開新一輪的創(chuàng)新競爭,避免在新技術(shù)方向上的掉隊(duì)風(fēng)險。1.1趨勢判斷:一致認(rèn)可的顛覆性技術(shù),新一輪技術(shù)競賽的關(guān)鍵圖:液態(tài)vs全固態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)對比資料來源:
中國工程科學(xué)《固態(tài)電池關(guān)鍵材料體系發(fā)展研究》李泓、陳立泉等,
中國粉體網(wǎng),
華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli負(fù)極/陽極正極/陰極圖:鋰離子電池發(fā)展技術(shù)路線4華福證券
從專利申請趨勢觀察全球固態(tài)電池發(fā)展:根據(jù)incopat專利檢索平臺統(tǒng)計1980年-2024年7月30日全球固態(tài)電池專利申請數(shù),從2011年開始明顯加速,2020-2022年達(dá)到高峰。從占比上看,日本、美國發(fā)展較早,2000-2020年日本申請專
利數(shù)占比斷層領(lǐng)先,中國2020年開始發(fā)力,占比快速反超。圖:全球固態(tài)電池專利申請趨勢
日本
中國大陸
美國
韓國
德國 法國
英國
比利時加拿大印度1.2全球比較:從專利角度,日本、美國起步較早,中國在加速發(fā)力料:
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5固態(tài)電池索平臺索關(guān)鍵詞為incopat專利專利來源注資圖:全球固態(tài)電池專利申請占比變化
日本
中國大陸
美國
韓國
其他1980198219841986198819901992199419961998200020022004200620082010201220142016201820202022202419801982198419861988199019921994199619982000200220042006200820102012201420162018202020222024100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%300025002000150010005000【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券時間發(fā)布機(jī)構(gòu)文件內(nèi)容2015.5.8國務(wù)院《中國制造2025》建立和健全富鋰層氧化物正極材料/硅基合金體系鋰離子電池、全固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等下一代鋰離動力電池和新體系動力電池的產(chǎn)業(yè)鏈2017.3.2.工業(yè)和信息化部等四部委《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》計劃到2025年,
新體系動力電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展,
單體比能量達(dá)500Wh/kg2020.10.20發(fā)改委《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)
》實(shí)施電池技術(shù)突破行動。加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化2022.1.29發(fā)改委、能源局《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》推動多元化技術(shù)開發(fā)。研發(fā)儲備液態(tài)金屬電池、固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池等新一代高能量密度儲能技術(shù)。2023.1.3工信部、教育部、科技部等《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》推進(jìn)聚合物鋰離子電池、固態(tài)電池等研發(fā)和應(yīng)用。加快研發(fā)固態(tài)電池,
加強(qiáng)固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系研究。2024.5(工信部、財政廳)無《中國日報》報道稱,
中國或投入約60億元,
鼓勵有條件的企業(yè)對全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開展研發(fā),
寧德時代、比亞迪、
一汽、上汽、衛(wèi)藍(lán)新能源和吉利共六家企業(yè)或獲得政府基礎(chǔ)研發(fā)支持2025.3工信部《2025年工業(yè)和信息化標(biāo)準(zhǔn)工作要點(diǎn)》提出建立健全全固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)體系時間進(jìn)展1978年首次報道固態(tài)離子學(xué)研究工作1979年第一個以固態(tài)離子學(xué)命名的物理所固態(tài)離子學(xué)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立1980年在《物理學(xué)報》發(fā)表第一篇LISICON文章,并成功制備出鍺酸鋅鋰等快離子導(dǎo)體材料。召開第一屆固體離子學(xué)討論會1987年科學(xué)技術(shù)部將固態(tài)電池列為首批“國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃”(863計劃)重大專題之一,項(xiàng)目匯聚了國內(nèi)11家優(yōu)勢單位進(jìn)行集體攻關(guān)1988年率先研制出我國第一塊由LiV3O8正極和金屬鋰負(fù)極構(gòu)成的全固態(tài)鋰電池1990年之后鋰離子電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段,固態(tài)電池的研究進(jìn)展則較為緩慢1997年采用納米硅作為鋰電池負(fù)極材料,并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用2014年在國際上率先提出原位固態(tài)化技術(shù),通過在電池中構(gòu)筑多級、多層、多位點(diǎn)連續(xù)的固體電解質(zhì)相,綜合解決固固界面問題
我國對固態(tài)電池的基礎(chǔ)研究始于二十世紀(jì)70年代,1978年首次報道了固態(tài)離子學(xué)研究工作,1987年固態(tài)電池被列入首批國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)重大專題之一。2014年,我國研究人員率先在國際上提出原位固化技術(shù)。2024年5月,媒體報導(dǎo)我國或投入60億元,鼓勵固態(tài)電池研發(fā)。1.2.1中國進(jìn)展:14年提出原位固化技術(shù),2024年重視全固態(tài)路線資料來源:
中國工程科學(xué)《固態(tài)電池關(guān)鍵材料體系發(fā)展研究》李泓、陳立泉,
中國政府網(wǎng),
界面新聞,
華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli圖:我國固態(tài)電池發(fā)展歷程圖:我國固態(tài)電池支持政策6華福證券時間發(fā)布機(jī)構(gòu)文件內(nèi)容2007日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)《下一代汽車用高性能蓄電系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)》重點(diǎn)發(fā)展高性能蓄電池及其材料,
目標(biāo)開發(fā)能量密度達(dá)700–800Wh/L、續(xù)航提升一倍以上的大容量電池(如固態(tài)電池)。此外,2030年目標(biāo)為能量密度500Wh/kg、功率密度1000W/kg、成本控制在1萬日元/kWh;遠(yuǎn)期目標(biāo)為700Wh/kg、1000W/kg,成本降至5000日元/kWh。2010.4.2日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省、新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(AIST)成立LIBTEC研究所為了促進(jìn)和支持會員鋰電池新材料的開發(fā),成立LIBTEC以預(yù)測電池市場趨勢,制定標(biāo)準(zhǔn)電池模型,創(chuàng)建材料評價方法并進(jìn)行評價分析。成員包括:豐田、松下、日產(chǎn)、本田、三菱等35家企業(yè)2018.7.日本政府(GOJ)《戰(zhàn)略能源計劃》通過推動能源技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展儲能系統(tǒng)、加強(qiáng)國際合作、提升產(chǎn)業(yè)競爭力等措施,為固態(tài)電池等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供支持,以實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和低碳化目標(biāo)。2022.4.21日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕ETI)《電池行業(yè)戰(zhàn)略》政府將大規(guī)模投資液態(tài)鋰電池的上游資源保障和制造設(shè)施建設(shè),推動全固態(tài)電池于2030年前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為保持技術(shù)領(lǐng)先,將通過產(chǎn)學(xué)官合作加強(qiáng)研發(fā),并以關(guān)西AIST中心為核心,打造產(chǎn)業(yè)、政府和高校共建的人才培養(yǎng)體系。同時,推進(jìn)回收體系建設(shè),激活再利用市場,并支持電動車、充電設(shè)施和固定電池系統(tǒng)發(fā)展,強(qiáng)化電網(wǎng)等領(lǐng)域安全,從而刺激需求。2022.12.19《日本電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》該計劃將提供3300億日元(約21.4億歐元)補(bǔ)貼,支持下一代磷酸鐵鋰(LFP)和固態(tài)電池的研發(fā)與生產(chǎn),
目標(biāo)2030年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)150GWh電池產(chǎn)能,其中豐田獲資助超過三分之一2024.09.06《經(jīng)濟(jì)安全保障推進(jìn)法》批準(zhǔn)12個電池供應(yīng)鏈項(xiàng)目,總投資約1萬億日元,政府提供最多3500億日元補(bǔ)貼,支持豐田、日產(chǎn)、松下等企業(yè)。其中,豐田與子公司投資2450億日元擴(kuò)產(chǎn)固態(tài)與棱柱電池9GWh,計劃2026年投產(chǎn),強(qiáng)化日本下一代電池制造能力。時間發(fā)布機(jī)構(gòu)文件內(nèi)容2019.11.LG化學(xué)、三星SDI、SK創(chuàng)新聯(lián)合成立基金未來五年投資計劃的宣布2018年11月,韓國設(shè)立電池產(chǎn)業(yè)基金,計劃五年內(nèi)投入38萬億韓元(約290億美元)
,通過稅收優(yōu)惠、貸款和保險支持本土企業(yè)海外投資及礦產(chǎn)資源獲取,并加強(qiáng)電池回收與材料再利用,提升供應(yīng)鏈多樣性與穩(wěn)定性。2021.7.韓國貿(mào)易、工業(yè)和能源部(MOTIE)《K-batterydevelopment
strategy》計劃到2030年在電池產(chǎn)業(yè)投資40.6萬億韓元,重點(diǎn)支持LG、三星SDI、SKI等電池制造商及其配套企業(yè)的研發(fā)與建廠。此外,通過修改《特殊稅收限制法》,
大幅提高研發(fā)與設(shè)施投資的稅收減免比例,分別可達(dá)40%和10%。為保障人才供給,政府還將在高校設(shè)立相關(guān)專業(yè),每年培養(yǎng)逾1100名電池領(lǐng)域的碩博人才。
日韓企業(yè)較早提出固態(tài)電池和電池新技術(shù)的政策支持。其政策重點(diǎn)推動電池技術(shù)創(chuàng)新,
目標(biāo)提升能量密度和供應(yīng)鏈自主性。通過補(bǔ)貼、人才培養(yǎng)和回收,使得產(chǎn)業(yè)競爭力提升,但鋰資源短缺仍制約兩國發(fā)展。圖:
韓國固態(tài)電池支持政策1.2.2
日韓進(jìn)展:較早提出政策支持,聚焦全固態(tài)路線資料來源:NEDO;LIBTEC;METI;
Japan
NRG;
Today;
The
Dong-a
Ilbo;日本政府GOJ;
華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli圖:
日本固態(tài)電池支持政策7華福證券時間發(fā)布機(jī)構(gòu)文件內(nèi)容2016.7美國能源部(DOE)battery500計劃計劃于2017年啟動,是一個多機(jī)構(gòu)合作項(xiàng)目,旨在開發(fā)下一代鋰金屬陽極電池,目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高達(dá)500Wh/kg的能量密度,并達(dá)到1000次充放電循環(huán)的壽命,同時降低電池的成本,顯著低于每千瓦時100美元,以支持碳中和能源和電氣化目標(biāo)2021.6.8美國聯(lián)邦先進(jìn)電池聯(lián)盟(FCAB)/美國能源部(DOE)《2021-2030國家鋰電池藍(lán)圖》該藍(lán)圖指導(dǎo)美國在未來十年內(nèi)推動鋰電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,目標(biāo)電芯成本60美元/KWh,能量密度500Whkg,實(shí)現(xiàn)無鈷無鎳的固態(tài)電池,鋰金屬電池規(guī)模量產(chǎn)2024.09.20美國能源部(DOE)Bipartisan
Infrastructure
Law
(BIL)《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法案》授權(quán)投資65億美元,用于加強(qiáng)美國電池供應(yīng)鏈,通過設(shè)立專項(xiàng)撥款項(xiàng)目支持固態(tài)電池關(guān)鍵材料和制造能力的提升。Solid
Power獲得最高5000萬美元資助,用于建設(shè)連續(xù)化硫化物電解質(zhì)生產(chǎn)線,推動固態(tài)電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。時間發(fā)布機(jī)構(gòu)文件內(nèi)容2021.01.26歐盟European
Battery
Innovation(IPCEI
EuBatIn)由12個成員國聯(lián)合發(fā)起電池創(chuàng)新項(xiàng)目,提供最高29億歐元公共資金,預(yù)計帶動90億歐元私人投資,重點(diǎn)支持固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池技術(shù)2024歐洲電池聯(lián)盟(EBA)戰(zhàn)略研究與創(chuàng)新議程旨在支持電池技術(shù)的前沿研究,推動電池技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用,增強(qiáng)歐盟在全球電池市場的競爭力。關(guān)于跨部門電池創(chuàng)新的CIRPASS報告已存在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)正在開發(fā)電池護(hù)照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),預(yù)計2027年2月生效
歐美均將固態(tài)電池視為能源轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)競爭的關(guān)鍵技術(shù)。
歐洲通過歐盟成員國聯(lián)合資助,
支持固態(tài)電池研發(fā)產(chǎn)業(yè)化,
重點(diǎn)項(xiàng)目包括荷蘭示范線建設(shè)、西班牙企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張等。美國也出臺政策推動固態(tài)電池及鋰金屬電池技術(shù)突破。圖:美國固態(tài)電池支持政策1.2.3歐美進(jìn)展:重視固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展資料來源:
U.S
Departmentof
Energy;FCAB;
HigherGov;European
Commission;
BEPA;
CIRPASS;華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli圖:歐洲固態(tài)電池支持政策8華福證券企業(yè)技術(shù)路線2025年關(guān)鍵進(jìn)展后續(xù)目標(biāo)寧德時代硫化物已建成中試線,技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平2027年有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)比亞迪硫化物11月在官網(wǎng)公布技術(shù)細(xì)節(jié)2027年左右啟動全固態(tài)電池批量示范裝車應(yīng)用,2030年后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模上車一汽硫化物中汽新能成立(一汽參股),100Ah軟包全固態(tài)“金旸電池”能量密度已達(dá)450Wh/kg2026年在中國一汽的部分車型上示范應(yīng)用,2027年進(jìn)行小批量應(yīng)用上汽&清陶聚合物+鹵化物+氧化物半固態(tài)電池MG4汽車量產(chǎn)2026年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池正式量產(chǎn),2027年將搭載全固態(tài)電池的智己新車推向市場吉利硫化物已完成20Ah電芯制備,放大驗(yàn)證項(xiàng)目獲環(huán)評受理衛(wèi)藍(lán)氧化物轉(zhuǎn)硫化物-2027年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)廣汽建成中試線計劃2026年全固態(tài)電池裝車奇瑞硫化物+氧化物安瓦一期1.25GWh產(chǎn)線完成調(diào)試計劃2027年量產(chǎn)國軒高科金石全固態(tài)電池已實(shí)現(xiàn)電芯能量密度350Wh/kg,容量提升至70Ah,預(yù)緊力下降90%,通過嚴(yán)苛安全測試,完成PACK開發(fā)并啟動裝車路測,且已建成0.2GWh中試線,處于中試量產(chǎn)階段預(yù)計2027年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)及裝車測試欣旺達(dá)聚合物、硫化物|鋰金屬320/360Wh/kg聚合物固態(tài)電池已小批量量產(chǎn),硫化物全固態(tài)電池已完成24Ah小試,已有鋰金屬負(fù)極電池實(shí)驗(yàn)室原型樣品(500Wh/kg)計劃2026年推出第一代全固態(tài)電池產(chǎn)品;2027年推出第二代全固態(tài)電池產(chǎn)品,完成>700Wh/kg全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室樣品制作億緯鋰能6月18日,發(fā)布全固態(tài)軟包電池(實(shí)現(xiàn)45℃@1C,2000圈以上的循環(huán))將在2026年推出350Wh/kg全固態(tài)電池1.0;在2028年推出1000Wh/L以上的高比能全固態(tài)電池2.0產(chǎn)品孚能科技硫化物|高鎳+硅+鋰金屬現(xiàn)有小試線(8月推進(jìn)送樣),25年底建成0.2GWh中試線(濕法方案)26年底至27年放大至GWh級別,2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)長安-預(yù)計2026年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池裝車驗(yàn)證,2027年推進(jìn)全固態(tài)電池逐步量產(chǎn),能量密度達(dá)400Wh/kg
產(chǎn)業(yè)階段:2025年國內(nèi)企業(yè)基本上建成或在建全固態(tài)電池中試線,單體容量20~70Ah,能量密度350-500Wh/kg,部分企業(yè)已經(jīng)有裝車裝車測試計劃。后續(xù)規(guī)劃:國內(nèi)企業(yè)2026年左右基本都會啟動裝車測試,2027年實(shí)現(xiàn)小批量出貨。圖:中國固態(tài)電池重點(diǎn)企業(yè)最新進(jìn)展聞:寧、
告、蕪,
告、南,
技;
房;
池;
環(huán);
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官;
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能;
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s網(wǎng),、機(jī)I
A,
研、
新聞、泰達(dá)汽車論壇、每
9究所大象華福證券R科技咨訊經(jīng)網(wǎng)TBEw濟(jì)N國經(jīng)ie中tt網(wǎng)B官財富網(wǎng)億緯鋰東網(wǎng)nd汽產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟廣汽官網(wǎng)動力電池yTrend境局Ener廣州市生態(tài)產(chǎn)學(xué)研平臺山區(qū)政府官網(wǎng)中國全固態(tài)電北京公告us科方Pl孚能湖綜合頻道國軒高科公北京日報德時代公日經(jīng)濟(jì)新資料來源1.3產(chǎn)業(yè)階段:中國固態(tài)電池進(jìn)入中試階段【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券企業(yè)國家或地區(qū)技術(shù)路線2025年關(guān)鍵進(jìn)展后續(xù)目標(biāo)豐田日本硫化物4月20日,與松下聯(lián)合開發(fā)出500Wh/kg固態(tài)電池原型,充電10分鐘計劃投資5000億日元建10GWh工廠,首批產(chǎn)品將供應(yīng)bZ,預(yù)計2026年啟動試生產(chǎn),2027年正式量產(chǎn)本田日本硫化物2025年1月啟用全固態(tài)電池示范正產(chǎn)線以2020年代中后期開始量產(chǎn)為目標(biāo)日產(chǎn)日本硫化物已在橫濱工廠建設(shè)全固態(tài)電池試生產(chǎn)線2028年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn),2029年初推出搭載全固態(tài)電池的電動汽車三星SDI韓國硫化物已向客戶交付首批產(chǎn)品進(jìn)行測試2027年大規(guī)模量產(chǎn)固態(tài)電池SK韓國硫化物大田市硫化物固態(tài)電池試點(diǎn)工廠預(yù)計25年下半年竣工2027年推出聚合物-氧化物復(fù)合電池;2029年推出硫化物電池LGES韓國硫化物預(yù)計完成干電極中試生產(chǎn)線建設(shè)并實(shí)現(xiàn)中試量產(chǎn)能力2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)奔馳德國-2月,全固態(tài)電池(Factorial)路測:450Wh/kg,純電EQS測試車?yán)m(xù)航1000km預(yù)計在“本十年結(jié)束前”推出一款量產(chǎn)版固態(tài)電池電動汽車BlueSolutions法國聚合物|鋰金屬4月24日,與上海璞泰來簽署聯(lián)合開發(fā)協(xié)議,共同推進(jìn)其GEN4電池(>450Wh/kg)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化GEN4電池目前仍處于樣品階段,預(yù)計2026年前建立Pilot生產(chǎn)線,2030年商用QuantumScape美國氧化物|鋰金屬6月24日宣布實(shí)現(xiàn)重要里程碑,將Cobra隔膜工藝集成到生產(chǎn)中,并于與村田制作所達(dá)成合作框架共同推進(jìn)陶瓷薄膜大規(guī)模制造Solid
Power美國硫化物5月20日,宣布和寶馬正在i7中測試全固態(tài)電池;已有30噸電解質(zhì)產(chǎn)能(DOE資助$5000萬)電解質(zhì)產(chǎn)能2026年增加到75噸,2028
年增加到140噸SES美國半固態(tài)1月23日與兩家OEM簽署高達(dá)1000萬美元的合同,共同開發(fā)AI強(qiáng)化型鋰金屬與鋰離子電池;電芯已批量測試
產(chǎn)業(yè)階段:海外企業(yè)裝車測試進(jìn)展更快,主要由車企+電池企業(yè)深度綁定形式展開。后續(xù)規(guī)劃:在DOE(美國)、NEDO(日本)等針對產(chǎn)能建設(shè)的專項(xiàng)補(bǔ)貼刺激下,海外企業(yè)預(yù)計26年-27年會有GWh級別量產(chǎn)線建成、投產(chǎn)。圖:海外固態(tài)電池重點(diǎn)企業(yè)最新進(jìn)展1.3產(chǎn)業(yè)階段:海外固態(tài)電池企業(yè)進(jìn)展資料來源:
本田,日產(chǎn),
SDI,
SKI,LGES,
奔馳,Blue
Solutions官網(wǎng),
QuantumScape,
Solid
Power官網(wǎng);Pulse;
鑫欏固態(tài)電池;Business
Wire;EV
Cloud;
華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli10華福證券
概覽:全球發(fā)展進(jìn)程、政策,產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段
材料:各技術(shù)路線對比、格局分析
設(shè)備:變化、難點(diǎn)、格局
投資建議與風(fēng)險提示目
錄【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli11華福證券高體積能量密度高質(zhì)量能量密度高功率密度超長壽命本質(zhì)安全極端環(huán)境應(yīng)用正極高壓實(shí)、高電壓高容量嵌入類與轉(zhuǎn)換類、高電壓多晶小顆粒單晶顆粒層狀氧化物、磷酸鐵鋰高穩(wěn)定氧化物、聚陰離子高穩(wěn)定單晶氧化物、聚陰離子負(fù)極高容量硅碳、鋰復(fù)合高容量硅碳、鋰復(fù)合高功率石墨、高功率硅碳低鋰損耗石墨、鈦酸鋰鈦鈮酸鋰鈦酸鋰鈦鈮酸鋰、硬碳、高安全人造石墨鈦酸鋰鈦鈮酸鋰、人造石墨電解質(zhì)高電壓、固態(tài)電解質(zhì)高電壓、固態(tài)電解質(zhì)高電導(dǎo)高安全、硫化物固態(tài)電解質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)超低溫電解液、寬溫區(qū)電解液、全固態(tài)電解質(zhì)隔膜固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜功率型超薄復(fù)合隔膜固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜耐高溫復(fù)合隔膜集流體復(fù)合集流體復(fù)合集流體高功率集流體涂碳集流體聚合物金屬復(fù)合集流體-導(dǎo)電劑單臂碳納米管單臂碳納米管單臂碳納米管---黏接劑新黏接劑PTFE新黏接劑新黏接劑新黏接劑--
從第一性原理出發(fā),固態(tài)電池首先解決的是更高的能量密度(以安全性為前提)。根據(jù)對固態(tài)電池體積能量密度、質(zhì)量能量密度、功率密度、壽命、安全性等不同性能的追求,電池材料的選擇方向各有分化。實(shí)現(xiàn)更高的能量密度主要靠提升電壓平臺、或提升負(fù)極、正極材料的比容量,負(fù)極從石墨逐漸過渡到硅、鋰金屬,正極從中低鎳三元過渡到高鎳三元或富鋰錳材料。在更高容量嵌入和轉(zhuǎn)換、更高電壓體系下,電解質(zhì)、隔膜、集流體、導(dǎo)電劑、黏接劑都需要為維持穩(wěn)定性和兼容性做相應(yīng)的改變。圖:固態(tài)電池不同性能追求對材料的選擇固態(tài)電池材料路線分支【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli資料來源:
中國工程科學(xué)《固態(tài)電池關(guān)鍵材料體系發(fā)展研究》李泓、陳立泉等、華福證券研究所212華福證券評價維度指標(biāo)理由較高的室溫電導(dǎo)率≥1.0×10?4S/cm鋰離子電池中電解質(zhì)的界面阻抗與其在不同倍率下的充放電性能直接取決于離子電導(dǎo)率。高的離子電導(dǎo)率可以降低在充放電過程中鋰電池的極化較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口≥4.0
V
vs.Li/Li+對于電解質(zhì)來說,
鋰離子電池發(fā)生電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)的電極電位差即電化學(xué)穩(wěn)定窗口。電解質(zhì)必須在充放電的氧化還原反應(yīng)過程中保持惰性,
不參與化學(xué)反應(yīng),
因此其氧化電位要高于鋰離子在正極材料的嵌鋰反應(yīng)電位;
低于鋰離子在負(fù)極材料的沉積電位。
一般來說,
正極氧化電位至少高于4V
vs.
Li/Li+
,
當(dāng)匹配高壓正極材料體系時需要達(dá)到
5V
vs.
Li/Li+較高的鋰離子遷移數(shù)-鋰離子遷移數(shù)越高,
鋰電池在充放電過程中的濃差極化現(xiàn)象就越小,
電池的倍率性能就越好較好的機(jī)械強(qiáng)度≥30
MPa(聚合物)不僅能提升鋰離子電池的安全性,
也意味著其可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模制備合成。如聚合物電解質(zhì)具有柔性與彈性可以有效釋放在裝配或貯存過程中產(chǎn)生的應(yīng)力,
大幅降低制造難度以及成本較好的熱穩(wěn)定性≥
150
℃電解質(zhì)應(yīng)與鋰電池中的各個組分(正極、負(fù)極、集流體、極耳和電池殼體等)
保持惰性。良好的熱穩(wěn)定性有助于鋰電池在濫用或熱失控時保證鋰電池的安全性
從性能角度,評價固態(tài)電解質(zhì)性能主要考慮:較高的室溫電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、較高的鋰離子遷移數(shù)、較好的機(jī)械強(qiáng)度、較好的熱穩(wěn)定性。
從產(chǎn)業(yè)化角度,還需要評估材料的:空氣穩(wěn)定性(影響生產(chǎn)、運(yùn)輸、應(yīng)用的環(huán)境要求)、原材料成本(是否含貴金屬)、加工制造難度(高溫、干房、環(huán)境影響等)。圖:固態(tài)電解質(zhì)性能評價維度2.1固態(tài)電解質(zhì)-評價維度資料來源:
船電技術(shù)|綜述《鋰電池聚合物基固態(tài)電解質(zhì)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展》喬昕等,
華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli13華福證券無機(jī)陶瓷基聚合物基硫化物氧化物鹵化物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)L-P-S、Thio-LISICON型、
LMPS結(jié)構(gòu)、硫銀鍺礦型鈣鈦礦型、石榴石型、LISICON型、NASICON型等LiaMXbPEO、PC、PVDF、PDMS、PAN離子電導(dǎo)率S/cm10^-3~10^-110^-6~10^-310^-3~10^-210^-5~10^-2機(jī)械性能較柔軟較差,硬質(zhì)地柔軟彈性模量高,柔軟易加工水氧穩(wěn)定性穩(wěn)定性差,會產(chǎn)生有害氣體H2S較好穩(wěn)定性差不敏感加工成本高,依賴惰性氣體和干房燒結(jié)溫度高,能耗較高能源、制造成本高較低電化學(xué)窗口1.6~2.3V較寬,氧化還原電位較高(>4-6V),兼容高壓正極無法適配高電壓正極優(yōu)點(diǎn)熱穩(wěn)定性高熱穩(wěn)定、機(jī)械穩(wěn)定、電化學(xué)穩(wěn)定性好界面接觸好,電化學(xué)窗口寬機(jī)械性能好、界面接觸好缺點(diǎn)水氧穩(wěn)定性差,界面電阻高電導(dǎo)率低、界面阻抗高鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定性差室溫電導(dǎo)率低,鋰金屬穩(wěn)定性差
固態(tài)電解質(zhì)主要分為有機(jī)聚合物基、無機(jī)陶瓷基和復(fù)合型。其中無機(jī)陶瓷基大致分為氧化物、硫化物、鹵化物等體系。
硫化物:離子電導(dǎo)率最高,機(jī)械性能較好,但對水汽敏感,容易產(chǎn)生有毒害氣體H2S,界面阻抗高,產(chǎn)業(yè)化仍有較多難點(diǎn)。
氧化物:離子電導(dǎo)率低于硫化物,空氣穩(wěn)定性相對好,但機(jī)械性能較差。對負(fù)極鋰金屬穩(wěn)定性較差,主要作為半固態(tài)電池的過渡方案。
鹵化物:離子電導(dǎo)率較高,質(zhì)地柔軟,界面接觸較好,電化學(xué)窗口較寬,可作為復(fù)合路線的輔助材料、或低倍率電池主材。
聚合物:機(jī)械性能好、空氣穩(wěn)定、加工成本低,是率先實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的方案,但室溫電導(dǎo)率低,鋰金屬穩(wěn)定性較差、無法適配高電壓正極,有性能瓶頸。圖:固態(tài)電解質(zhì)幾大類別及性能資料來源:
中國科學(xué)院大學(xué)《固體電解質(zhì)及固態(tài)鋰電池基礎(chǔ)與應(yīng)用研究》凌仕剛、無機(jī)鹽工業(yè)《鹵化物固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展與展望》方峰等、船電技術(shù)《鋰電池聚合物基固態(tài)電解質(zhì)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展》14喬昕等,
電源技術(shù)《當(dāng)前固體電解質(zhì)與固態(tài)電池技術(shù)成熟度分析》陳昕等,
華福證券研究所2.1固態(tài)電解質(zhì)-綜合比較【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券玻璃態(tài)玻璃-陶瓷態(tài)Thio-LISICON型LMPS結(jié)構(gòu)硫銀鍺礦型結(jié)構(gòu)L-P-S體系,xLi2S·(100-x)P2S5,x為摩爾百分比L-P-S體系,由玻璃態(tài)硫化物電解質(zhì)部分結(jié)晶形成正交Pnma空間群的γ-Li3PO4結(jié)構(gòu),Li4MS4(M=Si,
Ge,
Sn)Li11
–xM2–xP1+xS12(M
=
Ge,
Sn,
Si)Li6PS5X
(X
=Cl,Br和
I)優(yōu)點(diǎn)與正負(fù)極材料兼容性較好,在全固態(tài)電池利用率很高,合成簡單離子電導(dǎo)率較高合成簡單,熱穩(wěn)定性好,電子電導(dǎo)率小,對Li/Li+的穩(wěn)定性均可達(dá)
5V離子電導(dǎo)率高低成本,電化學(xué)穩(wěn)定性好缺點(diǎn)離子電導(dǎo)率較低合成步驟復(fù)雜離子電導(dǎo)率相對較低成本較高,空氣穩(wěn)定性差空氣穩(wěn)定性較差離子電導(dǎo)率<10^-3(75Li2S·25P2S5可達(dá)2.8×10-4)>10^-3<10^-3>10^-3>10^-3典型代表Li7P3S11、Li3.25P0.95S4Li2GeS3、Li4GeS4、Li2ZnGeS4、Li4-2xZnxGeS4、Li5GaS4LGPS、LSnPS、LSiPSLAGS、LPSCl
硫化物固態(tài)電解質(zhì)由氧化物固態(tài)電解質(zhì)衍生而來(由S原子取代O原子)
,
由于S的電負(fù)性比O低,
半徑更大,
可降低Li+結(jié)合能,
拓寬
Li+遷移通道,因而具備更高的離子電導(dǎo)率,
能提高鋰離子遷移速率,
有利于實(shí)現(xiàn)高倍率的循環(huán)性能。
目前,
較有發(fā)展前景的硫化物電解質(zhì)主要有幾大體系:
L-P-S體系(玻璃態(tài)、玻璃-陶瓷態(tài))
:75Li2S·25P2S5離子電導(dǎo)率可達(dá)到2.8×10-4S/cm,
對玻璃相電解質(zhì)熱處理后形成玻璃陶瓷,
可以進(jìn)一步提
升離子電導(dǎo)率,
如70
Li2S·30
P2S5玻璃陶瓷室溫離子電導(dǎo)率可達(dá)1.7×10-2S/cm,
-
35℃低溫條件下可達(dá)到10-3S/cm。
L-M-S體系(Thio-LISICON型)
:
M=Si,Ge,Sn,
合成簡單,
熱穩(wěn)定性較好,
電化學(xué)穩(wěn)定性也較好,
但離子電導(dǎo)率相對較低。
L-M-P-S結(jié)構(gòu):
M
=Ge,Sn,Si,
具備3D離子傳輸路徑,
LGPS室溫離子電導(dǎo)率可達(dá)到1.2×10-2S/cm,
可媲美傳統(tǒng)有機(jī)液態(tài)電解液,
低溫性能更
好,
但Ge成本較高,
且會被Li金屬還原。
LiSiPSCl離子電導(dǎo)率可達(dá)2.5×10-2S/cm。
硫銀鍺礦型:
代表性結(jié)構(gòu)為Li6PS5X
(X為Cl、Br、I等鹵族元素),
具有立方
F43m面中心對稱(FCC)結(jié)構(gòu),
有較高的室溫電導(dǎo)率,
電化學(xué)穩(wěn)定性較好,但空氣穩(wěn)定性差。通過以乙醇和四氫呋喃為溶劑的液相路徑合成的LPSCl離子電導(dǎo)率可達(dá)2.42×10-
3S/cm,
進(jìn)一步調(diào)節(jié)Cl、Br的比例可在此基礎(chǔ)上再提升。圖:硫化物固態(tài)電解質(zhì)主要類型2.1固態(tài)電解質(zhì)-硫化物主要分類資料來源:
化工進(jìn)展《“雙碳”背景下固態(tài)鋰電池用硫化物固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展趨勢》郭沛等,
電源技術(shù)《當(dāng)前固體電解質(zhì)與固態(tài)電池技術(shù)成熟度分析》陳昕,
華福證券研究所【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli15華福證券
硫化物電解質(zhì)對空氣中水汽非常敏感,合成主要在封閉體系或者惰性氣氛保護(hù)下完成,合成方法主要有:機(jī)械球磨法、
高溫固相反應(yīng)法和液相合成法。
機(jī)械球磨法:可在室溫下使粉末細(xì)小均勻,提升離子電導(dǎo)率,但在球磨過程中不可避免雜質(zhì)污染,合成純度較低。
高溫固相反應(yīng)法:包括熔融淬火和高溫?zé)崽幚淼?,可提升結(jié)晶度,進(jìn)一步提升離子電導(dǎo)率,通常與球磨法結(jié)合,縮短反
應(yīng)時間。
液相合成法:在有機(jī)溶劑中進(jìn)行,可使固態(tài)電解質(zhì)涂覆在活性材料上,形成接觸良好的固-固界面,有利于提高電池性能。但有機(jī)溶劑容易造成環(huán)境污染。機(jī)械球磨高溫固相合成液相合成操作步驟復(fù)雜簡單復(fù)雜操作環(huán)境友好友好苛刻優(yōu)點(diǎn)粉末細(xì)小均勻,室溫制備成本低離子電導(dǎo)率較高,結(jié)晶度、純凈度更高可使固態(tài)電解質(zhì)涂覆在活性材料上,形成接觸良好的固-固界面缺點(diǎn)純度較低能耗高有機(jī)溶劑污染2.1固態(tài)電解質(zhì)-硫化物合成方法資料來源:
化工進(jìn)展《“雙碳”背景下固態(tài)鋰電池用硫化物固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展趨勢》郭沛等,
電源技術(shù)《當(dāng)前固體電解質(zhì)與固態(tài)電池技術(shù)成熟度分析》陳昕等,
專利之星,
華福證券研究所圖:硫化物固態(tài)電解質(zhì)主要合成方法比較【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli圖:硫化物電解質(zhì)合成方法示例在有機(jī)溶劑中
溶解熱處理550℃在無水四氫呋
喃中攪拌干法球磨20h攪拌離心干燥P2S5熱處理Li2SLiClLiX液相法Li2S
固相法
P2S5
LPSClLPSX無水無氧的惰性氣氛低溫球磨華福證券難點(diǎn)解決方案具體方案效果水氧穩(wěn)定性差開發(fā)新材料摻雜元素取代S、由Li2S、P2S5和LiC1制備H2S產(chǎn)生量降低67%材料涂覆在電極-電解質(zhì)層疊體四周涂覆氮化硅、氧化鋁或氧化硅絕緣膜以阻隔濕氣濕氣透過率降低2個數(shù)量級無機(jī)有機(jī)復(fù)合材料制備硫化物-PVDF-HFP復(fù)合電解質(zhì)獲得穩(wěn)定的循環(huán)性能制備硫化物-疏水聚苯乙烯復(fù)合電解質(zhì)H2S產(chǎn)生量降低約73%界面問題增強(qiáng)界面接觸減小陰極和電解質(zhì)的粒徑:將Li2S粒徑從100μm以上研磨到約10μm初始放電容量提高25%濕法涂層:Li6PS5Cl和碳纖維(VGCF)涂覆在陰極上獲得穩(wěn)定的循環(huán)性能粘合劑:Li5.4PS4.4Cl1.6與PTFE混合獲得穩(wěn)定的循環(huán)性能構(gòu)建緩沖層提高化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性LLSTO緩沖層獲得穩(wěn)定的循環(huán)性能LNO緩沖層LNO可以抑制LGPS與LCO的界面反應(yīng)構(gòu)建緩沖層改善空間電荷效應(yīng)LNO緩沖層初始放電容量提高10%
硫化物的產(chǎn)業(yè)化瓶頸主要是水氧穩(wěn)定性差、界面接觸較差、電化學(xué)穩(wěn)定性差。
水氧穩(wěn)定性差:硫化物暴露在水氧(空氣)中,易產(chǎn)生H2S(有害氣體),并造成電解質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞,從合成到應(yīng)用的每個環(huán)節(jié)都需要惰性氣體和干燥環(huán)境,制造成本高。為解決這一問題,主要通過開發(fā)新材料、包覆涂覆、無機(jī)有機(jī)復(fù)合材料等方案提升性能。
界面接觸差、電化學(xué)穩(wěn)定性差:主要通過減小陰極和電解質(zhì)的粒徑、濕法涂層、粘合劑增強(qiáng)界面接觸;通過構(gòu)建LLSTO、
LNO緩沖層提高電化學(xué)穩(wěn)定性、改善空間電荷效應(yīng)。圖:硫化物固態(tài)電解質(zhì)改性方法2.1固態(tài)電解質(zhì)-硫化物工藝瓶頸及改性方法資料來源:
化工進(jìn)展《全固態(tài)鋰電池技術(shù)的商業(yè)化和研究進(jìn)展》高玉李等,
華福證券研究所
17【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券資料來源:
儲能科學(xué)與技術(shù)《硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜制備技術(shù)研究進(jìn)展》高林娜等,
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18工藝細(xì)分工藝流程優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)濕法冷/熱壓法將聚合物粘結(jié)劑和硫化物電解質(zhì)先后溶解或部分溶解在有機(jī)溶劑中,蒸發(fā)溶劑后,在一定溫度和壓力下將電解質(zhì)粉末冷(熱)壓成薄膜通過濕法制漿使聚合物粘結(jié)劑分散均勻,提高離子電導(dǎo)率;壓力壓制可降低膜厚度,提高致密性依賴壓制設(shè)備性能與精度,壓力和溫度控制不均或設(shè)備精度不足會導(dǎo)致膜厚度和形貌不均;尺寸放大時,內(nèi)部缺陷出現(xiàn)概率增大,易產(chǎn)生應(yīng)力集中引發(fā)裂紋或破裂;大規(guī)模制備受設(shè)備限制流延法將粘結(jié)劑和電解質(zhì)先后溶解在溶劑中形成漿料,調(diào)整粘度后均勻澆鑄在基材上,干燥固化后進(jìn)行沖切、層合等后處理能制備超薄薄膜,提高離子電導(dǎo)率;可制備多層結(jié)構(gòu)、性能良好的固態(tài)電解質(zhì);具備大規(guī)模生產(chǎn)能力硫化物與強(qiáng)極性溶劑混合會分解或降低離子電導(dǎo)率,需選擇低極性或非極性溶劑,限制了聚合物粘結(jié)劑選擇;常用粘結(jié)劑在這些溶劑中溶解性不佳,影響薄膜機(jī)械強(qiáng)度;粘結(jié)劑會包裹硫化物顆粒,影響離子電導(dǎo)率滲透法將漿料澆筑在多孔支架上(如靜電紡絲三維網(wǎng)絡(luò)、商用非織造布)
,或把聚合物單體滲透到三維硫化物骨架中原位聚合,形成復(fù)合膜;也可將漿料直接涂覆在正極上得到正極支撐的固體電解質(zhì)薄膜可得到超薄固態(tài)電解質(zhì)膜;能構(gòu)建離子傳輸連續(xù)路徑;通過涂覆在正極上,實(shí)現(xiàn)正極支撐的固體電解質(zhì)薄膜,降低界面阻抗,提高能量密度;可與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池電極工業(yè)生產(chǎn)線結(jié)合流延法中固體顆粒被粘結(jié)劑包裹會阻礙離子傳導(dǎo);商用非織造布需進(jìn)一步提高離子電導(dǎo)率3D打印設(shè)計3D虛擬模型并切割成若干2D水平部分,以逐層打印方式制作固態(tài)電解質(zhì)膜過程方便、可定制和智能化;能精確控制膜的厚度和形狀,減少材料浪費(fèi);可使用不同打印材料,改變電池各部分三維結(jié)構(gòu)生產(chǎn)效率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)技術(shù);材料適配性要求高,打印“墨水”配方開發(fā)難度大;打印精度有限,現(xiàn)有分辨率通常大于
10μm;層間易存在孔隙或缺陷,需后處理提升致密度其他濕法(噴涂等)通過噴涂將濕法漿料沉積在基膜或電極上形成固態(tài)電解質(zhì)膜,如噴霧淬火、使用溶劑化納米粒子作為粘結(jié)劑噴涂等可制備大面積、超薄的膜;能設(shè)計優(yōu)異穩(wěn)定性和高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)界面層;部分方法可在無堆疊壓力下穩(wěn)定充放電-干法粉末壓縮法通過球磨將聚合物粘結(jié)劑與硫化物電解質(zhì)粉末混合,然后在一定溫度和壓力下熱壓成復(fù)合電解質(zhì)薄膜-制備的薄膜柔性差、易開裂;受模具尺寸限制,無法大規(guī)模應(yīng)用粘結(jié)劑原纖化將粘結(jié)劑和固態(tài)電解質(zhì)材料初步混合,施加機(jī)械力使粘結(jié)劑分子鏈定向排列形成纖維結(jié)構(gòu),再通過輥壓等方式制成薄膜,熱固性粘結(jié)劑可能需加熱固化成本低;有利于制備更厚電極和更薄電解質(zhì)膜,提高電池能量密度;保持硫化物電解質(zhì)結(jié)構(gòu)完整;粘結(jié)劑使用少核心挑戰(zhàn)是精準(zhǔn)控制纖維的尺寸、分布和取向,避免過度處理導(dǎo)致粘結(jié)劑降解或纖維斷裂;
目前常用的PTFE粘結(jié)劑存在傳輸鋰離子能力差、界面粘附不足、易在電化學(xué)還原作用下轉(zhuǎn)化為烯碳等問題
硫化物電解質(zhì)成膜工藝對全固態(tài)電池性能至關(guān)重要,因厚膜和復(fù)合膜致能量低于理論值,超薄強(qiáng)韌薄膜是關(guān)鍵。分濕法(冷
/熱壓、流延、滲透、3D打印等)和干法(粉末壓縮、粘結(jié)劑原纖化)。濕法中流延和滲透可大規(guī)模生產(chǎn),干法中粘結(jié)劑原纖化無溶劑,降本且環(huán)保。圖:硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法2.1固態(tài)電解質(zhì)-硫化物電解質(zhì)膜工藝【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券路線原料工藝原理優(yōu)點(diǎn)不足固相法鋰源:金屬鋰、氨基鋰、亞氨基鋰、氮化鋰硫源:硫粉將鋰或含鋰化合物與硫或含硫化合物通過機(jī)械球磨或高溫的方式固相混合工藝簡單、環(huán)境友好、無廢液產(chǎn)生原料成本高(金屬鋰、氫化鋰)、反應(yīng)時間長、轉(zhuǎn)化率較低,所得產(chǎn)品存在雜項(xiàng)如多硫化鋰等,提純復(fù)雜,產(chǎn)業(yè)化設(shè)備不易選型固相法-(碳)熱還原鋰源+硫源:硫酸鋰還原劑:碳材料(或Mg等)乙醇利用碳的強(qiáng)還原性,一步法合成分散均勻、性能良好的硫化鋰/碳復(fù)合材料原料成本極低;反應(yīng)更易控制,解決了因硫化鋰遇水、氧敏感而導(dǎo)致的生產(chǎn)和儲運(yùn)困難的問題,提高了產(chǎn)品收率和性能需要提純碳材料,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定氣相-高溫/高壓法鋰源:金屬鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰硫源:硫蒸汽、硫化氫在惰性/還原保護(hù)氣氛下,高溫、高壓使鋰/鋰化合物和硫/硫化合物通過還原或氣相等反應(yīng)制備工藝流程簡單,且有效利用了高溫高壓密閉反應(yīng)的優(yōu)勢,避免有害溶劑泄漏,縮短制備流程高溫、高壓工況控制不易,設(shè)備選型要求高;原料硫化氫較難獲?。ǔ裏捰蛷S產(chǎn)生硫化氫廢氣外,對于劇毒硫化氫氣體的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存均需特殊資質(zhì))液相-溶劑法鋰源:金屬鋰、氫氧化鋰、萘化鋰、丁基鋰硫源:硫粉、硫化氫溶劑:乙醇、己烷、甲苯、乙醚、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮將鋰/鋰化合物和硫/硫化合物在溶劑介質(zhì)中混合后反應(yīng)制備硫化鋰。液相反應(yīng)充分完全,不易殘留雜質(zhì),產(chǎn)品提純?nèi)菀?;不需要高溫處理,能耗較小有機(jī)溶劑易燃、易爆、易揮發(fā),環(huán)境污染嚴(yán)重,不易回收;工況危險性高,較難控制
瓶頸:硫化鋰是一種具有反螢石結(jié)構(gòu)的白色至黃色晶體,具有較高的熔點(diǎn)(938℃),具有活潑的化學(xué)性質(zhì),在空氣中易水解產(chǎn)生劇毒的硫化氫氣體,其制備和儲存需要更復(fù)雜的工藝。
要求:
1)碳含量<0.1%以內(nèi);2)水分含量≤100
mg/kg;3)金屬雜質(zhì)含量<100
mg/kg;4)粒度D50≤7
um且
D90
≤
2D50等
技術(shù)路線:固相球磨法(純度高,但效率低、原料成本高)、固相碳熱還原法(原料成本低,引入碳雜質(zhì)、能耗高)、液相法(反應(yīng)充分,需要二次提純,廢水需要處理)、氣相法(設(shè)備成本高)圖:硫化鋰主流工藝對比2.1固態(tài)電解質(zhì)-硫化物核心環(huán)節(jié)在于硫化鋰合成&降本資料來源:
無機(jī)鹽工業(yè)《全固態(tài)電池關(guān)鍵材料硫化鋰的制備研究進(jìn)展》孫家樂等,
天津理工大學(xué)《硫化鋰的低成本制備提純及其在硫化物電解質(zhì)中的應(yīng)用》趙梓翔,
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19【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券鋰金屬負(fù)極硅基負(fù)極石墨負(fù)極鈦酸鋰優(yōu)點(diǎn)理論比容量高理論比容量高電化學(xué)性能穩(wěn)定,
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,循環(huán)壽命長高安全性、壽命長、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異缺點(diǎn)容易產(chǎn)生枝晶導(dǎo)致電池短路,
成本高,
裸露在空氣中易燃鋰化過程中硅材料會發(fā)生體積膨脹實(shí)際比容量的發(fā)揮已接近理論值比容量較低比容量(mAh/g)38604200(純硅,
摻混石墨一般可以達(dá)到600以上)372175循環(huán)性能較差較差較好較好成本較高較高較低較低
負(fù)極材料的變化是固態(tài)電池提升鋰電池性能的最關(guān)鍵因素,負(fù)極儲鋰主要通過嵌入、合金化或轉(zhuǎn)換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。目前已廣泛應(yīng)用的負(fù)極材料包括石墨類、Li4Ti5O12、無定形碳(硬碳、軟碳)、硅基材料、鋰合金等。固態(tài)電池的負(fù)極材料主要有碳族負(fù)極、硅基負(fù)
極和金屬鋰負(fù)極。
鋰金屬:理論比容量高達(dá)3860mAh/g,化學(xué)電位低(-3.045V)
,密度低(0.534g/cm3)
,被認(rèn)為是最理想的高比能量鋰電負(fù)
極材料。但充放電過程中體積變化大、反應(yīng)活躍,在液態(tài)電池中一直未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,固態(tài)電解質(zhì)的高機(jī)械強(qiáng)度能更有效抑制鋰枝晶,使得鋰金屬負(fù)極的應(yīng)用成為可能。但實(shí)際應(yīng)用還有較多問題需要解決:
LATP、聚合物容易被鋰金屬氧化,準(zhǔn)全固態(tài)電解質(zhì)仍有液體易產(chǎn)生枝晶,鋰金屬薄膜成本較高,若電池發(fā)生意外撞擊,裸露在空氣中也有易燃的風(fēng)險。
硅基:純硅的理論比容量高達(dá)4200mAh/g,但鋰化過程中容易膨脹,較難單獨(dú)使用,主要通過CVD多孔碳、納米化等形式處理后與石墨摻混使用。圖:負(fù)極材料比較資料來源:
科學(xué)通報《鋰金屬負(fù)極固體電解質(zhì)界面膜的理解與改性策略》李宛峽等,
化工新型材料《鋰離子電池鈦基負(fù)極材料研究進(jìn)展》盧蘇陽等,
北京理工大學(xué)學(xué)報《鋰離子電池硅基負(fù)極研究進(jìn)20展》白羽等,
華福證券研究所2.2負(fù)極:提升能量密度的關(guān)鍵【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli華福證券工藝具體工藝描述優(yōu)點(diǎn)不足參數(shù)指標(biāo)成本代表企業(yè)固相-壓延法擠壓采用液壓驅(qū)動的靜液擠壓,得到條、棒、帶等;軋制通過冷軋進(jìn)一步減薄厚度工藝成熟,是長期使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)的鋰箔質(zhì)量、長度、寬度和厚度等難以滿足鋰金屬電池(LMBs)的要求厚度可低至
10-20μm較高,軋制步驟增加成本贛鋒、天鐵等氣相法-熱蒸發(fā)在超高真空下,電加熱源材料使其蒸發(fā)并冷凝到基板可制備高質(zhì)量、高純度的薄膜,厚度控制好,熱蒸發(fā)尤其適合鋰的沉積熱蒸發(fā)需專用真空室可制備出從納米級到幾十微米高,需高真空系統(tǒng),投資和維護(hù)成本高英聯(lián)、Li
Metal液相法-熔融鋰處理:將鋰熔化,通過浸涂、噴涂等方法沉積在基板上-漿料法:將鋰金屬粉末、流變改性劑和溶劑制成漿料,涂覆在集流體上,再進(jìn)行壓延工藝相對簡單,漿料法與現(xiàn)有鋰離子電極制造技術(shù)相似,易規(guī)?;廴阡囂幚黼y以精確控制厚度和表面形態(tài),大規(guī)模使用時安全隱患大;漿料法鋰的質(zhì)量可能類似擠壓鋰箔可制備
1-30μm厚的鋰涂層,漿料法生產(chǎn)的鋰箔厚度
10-50μm熔融鋰處理成本可能較高,漿料法成本相對可控道氏、Livent電沉積法-常規(guī)電沉積:在電解液中,通過施加電流使鋰在負(fù)極還原沉積;-陽極無鋰:電池組裝時無鋰金屬陽極,首次充電時從正極析出鋰形成陽極可避免高溫和有毒氣體,能生產(chǎn)更薄的鋰膜,陽極無鋰概念可提高能量密度、降低成本和改善安全性需在干燥室環(huán)境進(jìn)行,可能使用有害電解液;陽極無鋰概念需要高庫侖效率,對集流體等要求高可控制沉積層的厚度和形態(tài)相對較低寧德時代、
QS、AlphaEn、
PureLithium研磨鋰輝石偉晶礦蒸發(fā)過程 純堿
沉積巖無陽極壓延法電沉積法氣相法液相法L
MA
質(zhì)
量
量產(chǎn)瓶頸:使用高純金屬鋰(極其活潑,
自然界中不游離存在,一般用氯化鋰電解,需要通惰性氣體保護(hù)鋰不被氧化和腐蝕)
,量產(chǎn)中需要控制厚度、表面平整度、匹配電池盡可能做大幅寬等。
工藝比較:
目前生產(chǎn)鋰負(fù)極較為成熟的是固相壓延法,在減薄的方向上還提出了氣相熱蒸發(fā)法、液相法、電沉積法等。圖:鋰金屬負(fù)極生產(chǎn)工藝比較2.2.1鋰金屬負(fù)極:主流路線對比資料來源:
Adcancedenergy
materials《CurrentStatusand
Future
Perspectiveon
Lithium
MetalAnode
Production
Methods》Bego?aAcebedo等,
華福證券研究所
21【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli圖:鋰金屬負(fù)極生產(chǎn)工藝示意圖工
藝
可
行
性Li箔Li陽極Li金屬熱硫酸
、加熱、鹽湖鹵水純堿Li2CO3水、LiCl華福證券
工藝難點(diǎn):鋰金屬質(zhì)地柔軟且具有黏性,壓延過程中難以獲得厚度均一的薄膜,傳統(tǒng)壓延工藝生產(chǎn)的鋰箔厚度通常在30–75μm,若需進(jìn)一步減薄至
10–20μm,易出現(xiàn)表面損傷或缺陷。鋰金屬黏性強(qiáng),壓延過程中易黏附在軋輥或支撐層上,導(dǎo)致薄膜撕裂或表面損傷,需使用聚合物支撐層或潤滑劑輔助加工。張力過大會導(dǎo)致箔材彎曲,影響表面形貌和內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu);張力不足則難以實(shí)現(xiàn)薄膜的穩(wěn)定剝離。
工藝步驟:?1)擠壓成型:將胚料置于腔室中,通過液壓驅(qū)動的壓頭施加高壓水壓力使胚料塑性變形,進(jìn)而擠壓鋰金屬。?2)軋制:根據(jù)電池的尺寸,對擠壓成型的鋰金屬進(jìn)行冷軋,有時使用覆蓋鋰金屬或軋輥來促進(jìn)加工。?3)后處理:鋰金屬極易與空氣中的水分、氧氣反應(yīng)形成氧化層(如
Li2O、Li2
CO3),壓延前后需在干燥環(huán)境中進(jìn)行,且需通過機(jī)械刮擦、清洗等步驟去除氧化層。圖:鋰金屬負(fù)極壓延法生產(chǎn)示意圖Li卷液壓容器擠壓模流體軋制后的Li擠壓后的鋰軋制2.2.1鋰金屬負(fù)極:壓延法相對成熟,是當(dāng)前量產(chǎn)方案資料來源:
Adcancedenergy
materials《CurrentStatusand
Future
Perspectiveon
Lithium
MetalAnode
Production
Methods》Bego?aAcebedo等,
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22【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli壓
桿鑄錠華福證券路線工藝描述優(yōu)點(diǎn)不足條件控制示意圖電子束氣相沉積(EB-PVD)在超高真空環(huán)境下,鎢絲產(chǎn)生的電子束經(jīng)加速并在磁場引導(dǎo)下撞擊鋰靶材,使鋰熔化或升華,其蒸氣沉積到基板表面形成鋰金屬負(fù)極薄膜①涂層雜質(zhì)少,純度高,能保證鋰薄膜的高潔凈度;②沉積速率高,可較快獲得一定厚度的鋰薄膜;③材料噴射方向性好,利于控制鋰薄膜的沉積區(qū)域①在鋰金屬負(fù)極制備中的應(yīng)用研究極少,尚未充分驗(yàn)證其適用性;②高溫(≈2000°C)可能導(dǎo)致鋰的揮發(fā)或性質(zhì)改變;③設(shè)備成本高,從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)難度大電子束(磁場)、高沉積速率、壓力:10-?–10-
2
毫巴、溫度:≈2000°C、適用于所有類型材料脈沖激光沉積(PLD)在超高真空的不銹鋼腔室內(nèi),鋰靶材置于旋轉(zhuǎn)支架,基板可加熱,利用高能激光脈沖(如KrF
準(zhǔn)分子激光,λ=248nm)照射鋰靶材,使其轉(zhuǎn)化為氣相并產(chǎn)生等離子體羽流,等離子體在基板表面冷凝形成鋰金屬負(fù)極薄膜①可通過調(diào)控激光參數(shù)(如重復(fù)頻率、沉積時間等)制備不同厚度(如
1μm)、形態(tài)的鋰薄膜;②制備的鋰薄膜表面均勻性較好,能減少枝晶生長隱患①鋰易受水分污染,需配備手套箱,處理復(fù)雜;②可制備的薄膜面積小(如2cm2不銹鋼基板)
,難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求;③設(shè)備成本高,不適合批量制備鋰金屬負(fù)極薄膜KrF準(zhǔn)分子激光(波長=248納米;1.4焦/平方厘米,150毫焦-
1)重復(fù)頻率:2赫茲、沉積時間:1–4小時壓力:≈2×10-
?帕溫度:室溫靶材-基板距離:2–3厘米基板:2平方厘米不銹鋼(SUS316L)濺射沉積在靶材附近的輝光放電等離子體中產(chǎn)生Ar+離子,借助電勢差加速Ar+
離子撞擊帶負(fù)電的鋰靶材,使鋰原子脫離并沉積到基板形成鋰金屬負(fù)極薄膜①沉積速度快,可在大面積基板上獲得厚度均勻的鋰薄膜;②通過改變?yōu)R射參數(shù)可控制鋰薄膜的晶粒和微晶尺寸,優(yōu)化其電化學(xué)性能①對鋰的濺射研究極少,傳統(tǒng)鋰靶存在缺陷(熔點(diǎn)低、易熔化、與支撐結(jié)構(gòu)附著力差)
;②鋰表面的鈍化膜會影響濺射效率和薄膜質(zhì)量;③需在靶材制造或?yàn)R射方法上取得突破才能用于鋰金屬負(fù)極生產(chǎn)等離子體(1–10毫安/平方厘米;10–200千赫茲:500–3千伏)、高沉積速率、壓力:10-?–10-
2
毫巴、溫度:100–500°C、靶材-基板距離:6–16厘米、大面積基板蒸鍍法在超高真空條件下,對鋰源材料施加直流電進(jìn)行焦耳加熱,使鋰蒸發(fā)并在基板上冷凝形成鋰金屬負(fù)極薄膜,鋰的低熔點(diǎn)(180.5°C)和高蒸氣壓使其適合該工藝①能制備質(zhì)量高、均勻性和保形性好的鋰層,可實(shí)現(xiàn)無缺陷表面;②厚度控制精準(zhǔn),能滿足不同厚度鋰金屬負(fù)極的需求;③能確保與固態(tài)電解質(zhì)的緊密接觸,利于提升電池性能①需防止鋰氧化,否則需更高初始功率突破氧化層,可能導(dǎo)致剩余鋰快速閃蒸;②鋰熔化后可能與蒸發(fā)源發(fā)生合金化反應(yīng),縮短源的壽命;③鋰蒸氣壓較高,需使用專用真空室以防污染,增加了設(shè)備成本和操作復(fù)雜度直流電、壓力:10-?毫巴、樣品溫度:室溫、靶材-基板距離:≈5厘米
物理氣相沉積法(PVD):是通過將材料從凝聚態(tài)源經(jīng)氣相傳輸?shù)搅硪粋€待涂覆表面來沉積薄膜和涂層的方法,涂層厚度范圍從幾埃(?)到數(shù)百微米(μm)不等。包括電子束氣相沉積(EB-PVD)、脈沖激光沉積(PLD)、濺射沉積、熱蒸發(fā)法等。
蒸鍍法:其中蒸鍍法(即熱蒸發(fā)法)特別適用于熔點(diǎn)低、蒸氣壓高的金屬材料(如鋰)
,是金屬鋰薄膜最合適的物理氣相沉積技術(shù)。具體操作為超高真空條件下,對鋰源材料施加直流電進(jìn)行焦耳加熱,使鋰蒸發(fā)并在基板上冷凝形成薄膜。圖:鋰金屬負(fù)極氣相法工藝比較2.2.1鋰金屬負(fù)極:氣相法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制,蒸鍍法最適配鋰金屬資料來源:
Adcancedenergy
materials《CurrentStatusand
Future
Perspectiveon
Lithium
MetalAnode
Production
Methods》Bego?aAcebedo等,
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液相法:利用鋰較低的熔點(diǎn)(180.5°C),可將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài),可直接在3D多孔碳、電解質(zhì)、銅箔上沉積成薄膜,實(shí)現(xiàn)卷對
卷加工、進(jìn)行避免鋰枝晶的后續(xù)處理,對電池生產(chǎn)的兼容性更強(qiáng)。
具體工藝:?熔融處理法:在厭氧環(huán)境下將鋰熔化,通過浸涂、噴涂、刮刀等方式沉積在基板上,需通過化學(xué)策略(涂覆、摻雜、合金化)或物理策略(調(diào)整表面粗糙度)解決鋰與基板的潤濕性問題。?漿料法:將鋰金屬粉末、流變改性劑和溶劑制成漿料,通過狹縫涂布機(jī)涂覆在集流體(或隔膜、固態(tài)電解質(zhì))上,再經(jīng)壓延
處理。路線工藝描述優(yōu)點(diǎn)不足熔融鋰處理法在厭氧環(huán)境下將鋰熔化,通過浸涂、噴涂、刮刀等方式沉積在基板上,需通過化學(xué)策略(涂覆、摻雜、合金化)或物理策略(調(diào)整表面粗糙度)解決鋰與基板的潤濕性問題①工藝相對簡單,可通過卷對卷浸涂類工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn);②能制備較?。?-30μm)的鋰薄膜,且表面純度高,可進(jìn)行特定功能化;③熔融鋰的塑性流動有助于與電解質(zhì)形成良好接觸①鋰的高表面能導(dǎo)致與多數(shù)基板潤濕性差,需額外處理(如lithiophilic涂層)
,增加工藝復(fù)雜度;②難以精確控制厚度和表面形態(tài),大規(guī)模生產(chǎn)時存在安全隱患(如熔融鋰的高反應(yīng)性)漿料法將鋰金屬粉末、流變改性劑和溶劑制成漿料,通過狹縫涂布機(jī)涂覆在集流體(或隔膜、固態(tài)電解質(zhì))上,再經(jīng)壓延處理,形成厚度
10-50μm的鋰箔①與現(xiàn)有鋰離子電極制造技術(shù)相似,易規(guī)模化;②可生產(chǎn)比傳統(tǒng)方法更薄的鋰薄膜,且寬度靈活性高;③工藝兼容性強(qiáng),便于整合到現(xiàn)有電池生產(chǎn)線①鋰的質(zhì)量可能類似擠壓鋰箔,存在表面缺陷或雜質(zhì)風(fēng)險;②漿料中的溶劑和添加劑可能殘留,影響電池性能;③壓延步驟可能導(dǎo)致鋰層密度不均2.2.1鋰金屬負(fù)極:液相法可實(shí)現(xiàn)卷對卷加工,提升對電池工藝兼容性資料來源:
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Future
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Methods》Bego?aAcebedo等,
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24【價值目錄】網(wǎng)整理:https://www.valueli圖:鋰金屬負(fù)極液相法工藝示意圖圖:鋰金屬負(fù)極液相法工藝對比鋰熔體沉積華福證券路線方案效果原理三維碳基輔助材料將熔融的Li注入還原氧化石墨烯(rGO)比容量~3390mAh/g多層結(jié)構(gòu)為循環(huán)過程中電極的體積膨脹提供了空間,抑制鋰枝晶生成碳納米纖維-石墨烯氣凝膠膜在高倍率循環(huán)(10mAhcm-2)時,循環(huán)700
h后半電池CE仍維持~99
%穩(wěn)定結(jié)構(gòu)提升循環(huán)可逆性三維金屬基輔助材料利用動態(tài)氫氣泡作為造孔模板劑制備多孔三維(3D)Cu在3mAcm-2電流密度下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和績效的電壓遲滯3DCu電極孔洞中的離子和電場分布均勻,有利于Li在凹陷的孔中成核高孔隙率的3DCu基底材料確保循環(huán)過程中電極材料表面穩(wěn)定的SEI,實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)性能孔洞內(nèi)部電荷集中,誘導(dǎo)鋰優(yōu)先孔內(nèi)沉積合金負(fù)極在Cu箔上負(fù)載均勻分布的Cu99Zn鋰的均勻沉積與Zn形成Li-Zn合金,降低Li成核過電位褶皺石墨烯籠(WGC)的新型材料LFP|WGC@Li全電池循環(huán)340周后容量無明顯衰減?;\內(nèi)嵌入的Au納米顆粒鋰化后降低Li成核過電位,誘導(dǎo)Li優(yōu)先沉積在Au顆粒周圍,隨著沉積容量的增加沉積鋰逐漸充滿石墨烯內(nèi)部空間梯度負(fù)極材料具備電導(dǎo)率梯度(CG)性質(zhì)的鋰金屬負(fù)極材料電極長時間的循環(huán)穩(wěn)定性底部電子聚集的特別結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)Li優(yōu)先在內(nèi)部沉積可調(diào)控Li沉積的梯度復(fù)合負(fù)極材料最高可負(fù)載40mAhcm-2容量的
Li。利用電子束蒸發(fā)方式在三維鎳骨架的頂部沉積絕緣的Al2O3,底部濺射一層薄薄的Au
應(yīng)用層面,
鋰金屬負(fù)極主要的問題是鋰枝晶的生長和較低的循環(huán)庫倫效率,
主要的優(yōu)化方案是固態(tài)電池及電解質(zhì)、界面修飾改性、建立骨架。界面穩(wěn)定性:
鋰金屬活性高,
極易與固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng),
不可控地生成化學(xué)結(jié)構(gòu)雜亂、機(jī)械強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性極差的固體電解質(zhì)中間相SEI,
導(dǎo)致界面電阻增加,
降低庫倫效率。鋰枝晶:
在充放電過程中,
不穩(wěn)定的SEI膜無法阻止鋰金屬與電解質(zhì)的進(jìn)一步反應(yīng),
誘發(fā)鋰枝晶形成,
導(dǎo)致正負(fù)極短路,
引發(fā)爆炸。體積膨脹:
在充放電過程中會發(fā)生較大的體積變化,
導(dǎo)致電極材料的破碎和剝離,
降低庫倫效率。
制造層面,
鋰金屬負(fù)極材料制造本身也有難點(diǎn)需要解決:制造成本:
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