固态电池是当今能源领域备受期待的一项技术创新。作为传统液态电池的潜在替代品,它们正在以前所未有的速度进化,为电动汽车、可再生能源和能源储存领域带来革命性的变化。
一、“固态电池基本原理”
1、与传统液态电池不同,固态电池使用固态电解质而不是液体电解质。这个简单的变化带来了一系列的好处。
2、首先,它提高了电池的安全性。液态电池可能泄漏有害的化学物质,而固态电池则可以避免这种风险,这在特别是电动汽车领域尤为重要。
3、此外,固态电池通常具有更高的能量密度,这意味着它们可以在相同大小的体积内存储更多的电能。这为电池的续航里程提供了潜在的巨大提升,同时也是电动汽车行业一直在寻求的突破。
二、“固态电池行业概览”:按照电解质材料的选择,固态电池可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系电解质。其中,聚合物电解质属于有机电解质,氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质;按照正负极材料的不同,固态电池还可以分为固态锂离子电池(沿用当前锂离子电池材料体系,如石墨+硅碳负极、三元正极)和固态锂金属电池(以金属锂为负极)。
1、锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类,其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。
2、因为固态电池技术难度大,所以目前主流厂商多以半固态、准固态形式介入固态电池领域,提升电池能量密度,同时对固态电池进行技术储备。
3、液态—半固态—准固态—全固态电池的发展路径:
4)根据中国电子信息产业发展研究院的数据,2019年中国锂电池产业规模为2058亿元。假设未来固态电池渗透率分别为:5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%,根据高禾投资研究中心估算,固态电池市场规模可以分别达到:102.9、205.8、308.7、411.6、514.5、617.4、720.3、823.2、926.1、1029亿元。
三、“固态电池技术核心环节”:在固态电池技术的精彩世界中,有几个核心环节始终推动着未来能源储存的革命。这些环节,如同乐曲中的旋律,相互交织,共同谱写着能源领域的新篇章。
1.固态电解质:固态电池的最大创新之一是采用了固态电解质,代替了传统液态电池中的液体电解质。固态电解质通常由固体材料构成,具有较高的离子导电性和热稳定性。这一环节的关键是研发出高效的固态电解质,以确保电池的稳定性、安全性和性能。
2.电极材料:电极材料是固态电池的另一个关键组成部分。通常,电池具有正极和负极,它们之间的电化学反应催化了能量的存储和释放。寻找适合固态电解质的电极材料,以实现高效的能量转换和储存,是固态电池技术的重要挑战
3.密封与封装技术:由于固态电池的电解质是固态的,它们对环境的要求更为严格。因此,密封与封装技术成为关键环节,确保电解质不受外界环境的影响,同时维持电池的性能和安全性。
4.制造工艺:固态电池的制造工艺需要高度精密和精细的控制。这包括材料的制备、电极的涂覆、层叠组装、密封封装以及后续的测试和质量控制。制造工艺的优化对于提高固态电池的性能和降低生产成本至关重要。
5.安全性与稳定性:电池的安全性一直是固态电池技术研究的重要关注点。固态电池必须能够防止短路、过热和内部损坏,以确保在各种条件下的安全运行。同时,电池的稳定性也是关键,以确保其长期使用不会出现性能下降或衰减。
四、从“半固态走向全固态”:面对固态电池愈加迫在眉睫的商业化难题,相比于国外的企业,国内的厂商们更显示出一种来自古老东方的神秘智慧——“折中”,走出了一条从准固态、半固态到全固态的渐进式发展路线。
1、半固态电池采用了半固态电解质,介于传统液态和全固态之间。它们成功地结合了液态电池的高离子导电性和全固态电池的安全性。这使得半固态电池在一些特定应用中表现出色,例如移动设备和工业应用。尽管半固态电池在某些方面取得了成功,但它们仍然面临一些挑战。半固态电解质的稳定性和可靠性在高温和高电压环境下仍然存在问题,这限制了它们的广泛应用。
2、以宁德时代为例,虽然其主要阵地仍在液态电池,在半固态电池上的声量也相对较大,但其在固态电池上仍保持着较强的竞争力。2021年5月,宁德时代就曾表示,已经可以完成固态电池的样品;今年1月,天眼查显示宁德时代新增了两项有关固态电池的专利,分别为“一种固态电解质的制备方法”和“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”,表明了其在固态电池领域的绝对地位。
3、也有一部分企业选择硬刚,all in固态电池。如比亚迪有着一支专门研发电池的团队,在固态电池、钠电池等技术路线开展研究。只是,相比于前两者,这条路显然更加难走。
4、在从半固态电池向固态电池的过渡中,技术与商业之间的相互作用和冲突是不可避免的。在这个转型过程中,成本与性能的需求之间存在着一种微妙的平衡。在这场竞争中,谁能够首先成功,无论是从企业角度还是整个行业的角度来看,都将是一个令人欣喜的迹象。 |