全固態鋰電池,其電極、電解質均為固態,在工作時,電池內部不存在任何液體、氣體。與傳統鋰電池相比,全固態鋰電池具有能量密度高、安全性高、體積小、重量輕、柔性化、循環壽命長等優點。電動汽車動力電池的續航能力、安全性成為限制其市場滲透率快速提升的重要因素之一,全固態鋰電池的優異性能使得其成為動力電池的重要發展方向。
電極與電解質是鋰電池的核心組成部分。從電極來看,全固態鋰電池的正極材料兼容性高,可以采用現有的磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等材料,也可以采用鎳鈷錳(NCM)、鎳鈷鋁(NCA)、復合正極材料等新型材料;負極材料可以使用石墨、硅碳等現有材料,但其能量密度不足,未來金屬鋰將成為發展趨勢,金屬鋰復合負極材料可有效抑制鋰枝晶生長,更具有發展潛力。
從電解質來看,相較于傳統鋰電池,全固態鋰電池電解質發生重大改變,不再采用電解液而采用固體電解質,并需要具備離子電導率高、化學性質穩定等特質。現階段,全球主要研究的固體電解質主要包括有機體系電解質、無機體系電解質兩大類。有機體系電解質主要是聚合物電解質,例如聚氧化乙烯(PEO);無機體系電解質主要有氧化物體系電解質、硫化物體系電解質等類型。
根據新思界產業研究中心發布的
《2021年全固態鋰電池行業深度市場調研及投資分析報告》顯示,在海外,法國、美國、日本等國家均在大力研發全固態鋰電池。法國Bolloré公司是全球首家將全固態鋰電池應用于電動車的公司,日本豐田是全球申請全固態鋰電池專利最多的企業,除這兩家企業外,海外其他研究全固態鋰電池的企業還有美國Sakit3、日本本田、日本松下等。相較來看,日本是全球全固態鋰電池技術研究較為先進的國家,特別是硫化物全固態鋰電池研究成果較多。
與法國、日本等國家相比,我國全固態鋰電池研究起步較晚,專利申請量較少。受新能源汽車產業快速發展拉動,為擁有技術競爭主導權,我國布局全固態鋰電池領域的企業數量不斷增多,代表性企業主要有寧德時代、贛鋒鋰業、清陶能源、珈偉股份、中航鋰電、國軒高科、比亞迪等。此外,全固態鋰電池相關研究機構及高校研究成果也在不斷問世,例如中科院青島能源所突破了高能量密度固態鋰電池技術。
新思界
行業分析人士表示,動力電池性能已經成為限制電動汽車市場滲透率提升的重要因素,為搶占先機,國內外企業加大力度布局全固態鋰電池市場,預計2025年之前,全固態鋰電池有望實現小批量生產。與日本相比,我國全固態鋰電池研究起步晚,相關研究機構加快研發步伐的同時,有實力的企業也需加快研究成果商業化轉化速度,避免國內市場被國外企業所占據。