2022年进入终端市场全面解读全固态锂电池

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动力电池产品分析全固态锂离子电池的优势与挑战

动力电池产品分析全固态锂离子电池的优势与挑战

动力电池产品分析全固态锂离子电池的优势与挑战动力电池产品分析:全固态锂离子电池的优势与挑战随着电动车市场的快速发展,动力电池作为电动车的核心部件之一,也变得越来越重要。

在各种动力电池技术中,全固态锂离子电池因其在能量密度、安全性和循环寿命等方面的优势备受瞩目。

本文将对全固态锂离子电池的优势与挑战进行分析。

1. 全固态锂离子电池的优势全固态锂离子电池是一种使用固态材料(如固态电解质)替代传统液态电解质的新型电池技术。

相对于传统液态锂离子电池,全固态锂离子电池具有以下几个优势:1.1 高能量密度全固态锂离子电池采用固态电解质,具有更高的能量密度。

固态材料具有更高的离子传输速度,能够提高电池的充电和放电效率,从而增加电池的能量密度。

这意味着电池可以存储更多的能量,提供更长的续航里程。

1.2 高安全性全固态锂离子电池采用固态电解质,相对于传统液态电解质的电池来说,更加稳定。

固态电解质可以有效阻止电池内部的热点扩散,提高电池的安全性能,降低了电池的燃烧和爆炸风险。

1.3 长循环寿命全固态锂离子电池具有较长的循环寿命。

固态电解质具有更好的化学稳定性,能够抑制电池在充放电过程中的电解液溶剂损耗,提高电池的循环寿命。

此外,固态电解质还能够抑制电池正负极材料的氧化和腐蚀,延长电池的使用寿命。

2. 全固态锂离子电池的挑战尽管全固态锂离子电池具有很多优势,但目前在其商业化应用中仍然面临一些技术挑战:2.1 电解质导电性能当前的全固态锂离子电池中,固态电解质的导电性能相对较低。

这会导致电池输出功率较低,不适合高功率应用,如电动汽车加速和快速充电等。

因此,提高固态电解质的导电性能是目前全固态锂离子电池研究和开发的重要方向。

2.2 生产成本全固态锂离子电池的制造成本相对较高。

固态电解质是一种高纯度材料,制备工艺相对复杂,成本较高。

此外,生产全固态锂离子电池的设备和工艺也需要进一步发展和改进,以降低生产成本。

2.3 材料稳定性目前的全固态锂离子电池中,一些正负极材料在长时间循环使用中会出现稳定性问题,导致电池容量和循环寿命下降。

(完整版)2022年进入终端市场全面解读全固态锂电池

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2022年进入终端市场!全面解读全固态锂电池全固态锂电池从20 世纪50 年代就开始研究,已历时半个多世纪。

近年来,面向电动汽车应用的全固态锂电池终于开始从实验室走向产业化小批量制造。

目前,在新型化学电源领域的各类公开场合“全固态锂电池”的出现频率越来越高,业内也基本形成了共识:全固态锂电池有望作为下一代动力电源进入市场,但究竟什么是全固态锂电池?相信也有很多人存在着困惑,为此,我们特写此文以求为全固态锂电池“正名”,以供大家参考。

1全固态锂电池的概述全固态锂电池,是一种使用固体电极材料和固体电解质材料,不含有任何液体的锂电池,主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池,差别在于前者负极不含金属锂,后者负极为金属锂。

图一:传统液态锂离子电池与全固态锂离子电池示意图从出现的时间节点来看,全固态金属锂电池要早于液态锂离子电池,只不过在早期,全固态金属锂电池的电化学性能、安全性、工程化制造方面一直无法满足应用要求。

液态锂离子电池通过不断改进,综合技术指标逐渐满足消费电子类市场应用需求,后来被更多的市场所接受。

从技术发展趋势来看,相比液态锂离子电池,全固态金属锂电池有可能具有安全性能好、能量密度高和循环寿命长等优点。

近年来,固体电解质材料,特别是硫化物电解质材料在离子电导率方面取得了重大突破,因此全固态锂电池技术渐渐开始引起世界范围内的研发机构和大型企业的重视。

2全固态锂电池的分类伴随着全固态锂电池热的兴起,各种“全固态”或“固态”概念的锂电池相继出现,存在着混淆概念的现状。

特将已出现的七类跟固态锂电池相关的概念进行了梳理,并进行了初步的总结。

液态锂电池:电芯在制造过程中不含有固体电解质,只含有液体电解质的锂电池,包括液态锂离子电池和液态金属锂电池。

凝胶电解质锂电池:电芯中液态电解质以凝胶电解质形式存在,电芯中不含固体电解质,这实际属于液态锂离子电池范畴。

半固态锂电池:电芯电解质相中,质量或体积的一半是固体电解质,另一半是液体电解质;或者电芯中一端电极是全固态,另一端电极中含有液体。

全固态锂电池技术的研究现状与展望

全固态锂电池技术的研究现状与展望

全固态锂电池技术的研究现状与展望近年来,飞机、汽车、船舶等交通工具的发展与信息化社会的发展密切相关,传统的锂离子电池的性能和安全性难以满足这种需求。

全固态锂电池(Solid-State Lithium Battery,SSL)是一种有前景的锂离子电池技术,它采用固态电解质和微细催化剂,在保证安全性的条件下实现了电池容量和寿命的显著提高。

目前,全固态锂电池的研究主要集中在四个方面:电解质,催化剂,负极材料和真空热处理技术。

在电解质方面,重要的研究方向是开发新型的全固态电解质和复合电解质,例如离子液体和柱状结构全固态电解质。

在催化剂方面,研究重点在于开发新型的微细催化剂材料和其制备方法,例如氧还原催化剂和氧化物形成催化剂。

在负极材料方面,重点研究是研究全固态锂离子电池的负极电化学反应机制,并开发新型全固态负极材料。

最后,在真空热处理技术方面,重点研究是研究高温下电池凝胶电解质的稳定性和结构,以及电池工艺的优化。

全固态锂电池的发展具有广泛的应用前景,尤其适用于一些具有较高要求的电场应用,如汽车电池、家用电子产品和新能源纯电动汽车等。

然而,由于全固态锂电池技术的实际应用还较少,应用还存在一些问题,如提高全固态锂电池的能量密度、改善其耐久性和安全性等。

为此,未来应继续进行交叉学科的深入研究,探索新的全固态锂电池构效关系,加速全固态锂电池的实际应用。

总之,全固态锂电池的发展已成为当今能源科学发展的热点研究领域之一,它在提高电池性能和安全性方面具有很大的潜力。

然而,要预测全固态锂电池未来发展趋势,必须深入研究各种新型全固态电解质、全固态负极材料、催化剂和真空热处理等技术材料,以及其设计和评估方法。

同时,未来还应探索全固态锂电池在新能源发电系统等领域的潜在应用,为深入推动全固态锂电池技术的发展做出贡献。

本文从全固态锂电池技术的研究现状出发,着眼于明确全固态锂电池的结构及技术性能,以及其实际应用中存在的技术问题,通过综合分析,探讨了全固态锂电池的研究展望。

2022年我国锂离子电池产业空间发展趋势分析

2022年我国锂离子电池产业空间发展趋势分析

我国锂离子电池产业空间发展趋势分析9月份,对中国的锂离子电池产业的空间分布进行了具体的梳理,同时对将来中国的锂离子电池产业的空间进展趋势进行了分析。

锂离子电池作为新能源、新材料和新能源汽车三大产业中的重点交叉产业,更是新能源汽车的心脏,将会是新能源汽车产业化进展的最大受益者。

区域竞争正促使多个地方政府布局高端锂离子电池产业,同时,锂离子电池产业也正呈现出产业转移和融合之势。

多个地方乐观进展锂离子电池产业2022年中国锂离子电池产业产值分布图显示,中国的锂离子电池产业主要集中分布在以广东地区为代表的珠三角、以江浙为代表的长三角和以京津地区为代表的京津唐地区。

而以江西宜春、四川阿坝、青海和西藏等为代表的锂矿资源丰富的地区则具备了进展锂离子电池产业得天独厚的条件,其纷纷提出了适合于自身的锂离子电池产业进展思路。

珠江三角洲地区是国内重要的锂离子电池材料和组装生产基地。

2022年,该地区锂离子电池产业产值超过96.7亿元,占全国的35%左右。

该地区众多的廉价劳动力使得以劳动密集为代表的电芯组装环节得到了快速的进展,形成了以比克为代表的锂离子电池生产基地。

包括上海、江苏和浙江的长江三角洲地区是国内最主要的锂离子电池产业聚集地区,在国内锂离子电池产业中占有重要地位。

2022年,该地区锂离子电池产业规模为74.8亿元,占全国的27%左右。

其中江苏和浙江是重要的锂离子电池材料生产基地,江苏更是聚集了大量的外商投资企业。

上海地区依托其强大的汽车产业,锂离子动力电池产业得到了较快的进展,再加之以上海的科研和技术优势,其锂离子动力电池产业必将得到优先进展。

北京、天津、河北、辽宁和山东等省市的环渤海湾地区是我国锂离子电池材料和锂离子动力电池产业基地,2022年,该地区锂离子电池产业规模达到45.6亿元。

其中北京地区依托其技术和人才优势,在锂离子电池正极材料领域取得了长足的进展,在锂离子动力电池领域已经胜利为北京奥运大巴供应清洁锂离子动力电池。

22年中国锂电设备产业链上中下游市场分析

22年中国锂电设备产业链上中下游市场分析

22年中国锂电设备产业链上中下游市场分析中商情报网讯:锂电设备是指为锂电池生产供应的涂布、分切、叠片、卷绕、注液、焊接、检测等工艺装备,受益于政策和市场需求推动,以动力电池、储能电池企业为代表的锂电池厂商加速扩产,带动锂电设备需求增加,行业进入快速发展期。

一、产业链锂各类锂离子电池的制作可统一分为极片制作、电芯拼装、电芯激活检测和电池封装四个工序段。

锂电设备分为三类:前道+中道+后道。

锂离子电池生产程序,一般分为前、中、后三道程序,分别对应极片制作、电芯组装、后处理(激活电芯)。

而这三道生产程序的核心设备,包括前道的搅拌机、涂布机和辊分机等,中道的卷绕机、叠片机和焊接机等,后道的化成、分容设备等。

电芯生产前道设备主要企业包括先导智能、科恒股份、北方华创、赢合科技、璞泰来等;电芯生产中段设备主要企业有先导智能、赢合科技、格林晟、吉阳自动化、超业精密、科瑞技术、奥特维、联赢激光、海目星等;后道设备主要企业包括先导智能、杭可科技、星云股份、正业科技、利元亨、中国电研等。

二、锂电设备市场规模在电动汽车产量高速增长的带动下,我国锂电池产业保持快速增长态势,锂电设备需求旺盛。

高工锂电数据显示,2021年中国锂电设备市场规模为588亿元,2016年至2021年市场规模年均复合增长率为35%,预计2022年中国锂电设备市场规模将超过700亿元。

从细分市场占比来看,前段、中段、后段设备市场规模分别为25 9亿元、210亿元以及119亿元,占比分别为44.05%、35.71%、20. 24%。

预计在新一波扩产潮带动下,到2025年我国锂电设备市场规模将增至1200亿元,其中锂电前中后段市场规模将分别上升至508亿元、415亿元以及277亿元。

三、锂电设备成本占比锂电池生产工艺可以分为极片制造(前道设备)、电芯组装(中道设备)、电芯激活检测和电池封装等(后道设备)三个阶段,从锂电池产线设备价值量看,锂电池前道、中道、后道设备成本占比分别约为35%、35%、30%。

2022年我国动力电池行业市场分析:市场由热转冷

2022年我国动力电池行业市场分析:市场由热转冷

2022年我国动力电池行业市场分析:市场由热转冷近年来,随着环境爱护意识的增加,以及新能源汽车政策力度的加大,动力电池也跟着受到热捧,那么动力电池行业市场如何呢?详细请看以下内容,以下是2022年我国动力电池行业市场分析:动力电池产业由热转冷随着新能源汽车销售的火爆,2022年,动力电池产业利润大幅增长。

依据2022年企业年报显示,近八成动力电池企业实现了利润增长。

其中,预报净利润最大增幅同比超过100%的企业达到48家,预报净利润上限超1亿元的企业高达68家。

而产业龙头比亚迪估计2022年净利润更是高达52亿元。

正是由于新能源汽车市场的持续高增长,动力电池产能始终存在缺口,供应不足,甚至一度消失新能源整车企业销量由电池企业的产量打算的现象。

在这种态势下,2022年和2022年,国内动力电池企业的投资量持续增长,产能不断扩大。

截至2022年年底,国内动力电池产业新增产能较同期增加42GWh(1GWh=100万千瓦时),总量几乎是2022年全年出货量的近3倍。

由于规模得到快速提升,我国已经成为全球车用锂离子动力电池的主要生产基地。

对此,国家863方案节能与新能源汽车重大项目总体专家组组长、清华高校教授欧阳明高曾表示,该产业产能有可能在三五年内达到饱和。

进入2022年,受多重因素叠加影响,1月新能源汽车销量同比下降超过70%。

加上原材料价格上涨,动力电池行业降成本压力激增,开头陷入结构调整阵痛。

数据显示,与2022年12月相比,三元锂电池和磷酸铁锂动力电池今年2月上旬的价格均消失下降,降幅超过15%。

由于新能源汽车厂商还处于调整期,目前,动力电池企业整体开工平淡,订单量同比下降超过20%。

业界分析,动力电池的大幅降价,一方面是由于新能源汽车近来销量消失下滑,另一方面也与大幅扩产导致的产能过剩有关。

2022年国内动力电池新增产能是2022年的近3倍,而产量同比增长仅82%。

专家表示,2022年动力电池产能整体呈现过剩,行业将面临分化。

全固态锂电池技术研究现状和发展趋势

全固态锂电池技术研究现状和发展趋势

Telecom Power Technology研制开发全固态锂电池技术研究现状和发展趋势朱家辰(郑州大学化工学院,河南郑州随着全球经济的快速发展,大量的化石燃料被不断消耗。

我国未来的发展趋势是绿色环保,除了可以用绿色清洁的能源代替原本的化石燃料能源之外,还可以通过改进储能设备来高效地利用能源。

全固态锂电池具有高能量密度、高离子电导率、高安全性以及清洁等特点,逐渐引起人们的重视。

通过分析全固态锂电池技术的研究现状和发展趋势,探讨将其应用于智能穿戴产品的可行性。

全固态锂电池;电解质;研究现状Research Status and Development Trend of All Solid State Lithium Battery TechnologyZHU Jiachen(School of Chemical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhouof the global economy, as future development trend is green and environmental protection. In addition to replacing the original fossil fuel energy with green and clean energy, energy can also be efficiently utilized by improving energyxC6。

全固态锂电池能量传递如图全固态锂电池的优势:)高安全性。

传统液态锂电子电池的电解质中有易燃的液态有机溶剂,在遇到高温或因电池短路而导致局部温度升高时,极易发生电池爆炸。

而全固态锂电池乃无机材质,不易挥发、阻燃性好,在遇到高温时不易发生爆炸,具有很高的安全性能。

)高能量密度。

传统的液态锂电子电池由于放电Ve-e-放电充电充电Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+ 2022年4月25日第39卷第8期· 27 ·Telecom Power TechnologyApr. 25, 2022, Vol.39 No.8 朱家辰:全固态锂电池技术研究现状和发展趋势盐在高温下也会发生一定的分解促进电解液的反应,电解液消耗殆尽便无法储能。

2022年中国锂离子电池行业产业链全景及发展趋势分析

2022年中国锂离子电池行业产业链全景及发展趋势分析

2022年中国锂离子电池行业产业链全景及发展趋势分析一、锂电池产业链锂电池上游主要为包括锂、镍、钴资源的加工以及正极材料、负极材料、隔膜、电解液、铝塑膜等材料;中游为电芯的制造、装备、检测以及电池组装等环节,下游应用包括新能源汽车、消费电子、电动工具、电动自行车、储能的行业。

二、上游原材料锂离子电池直接使用的一阶材料包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液。

据工信部数据,锂电直接使用的一阶材料环节,相关产品出货量2021年同比增长超过65%。

其中2021年中国正极材料出货量为113万吨,同比增长126.5%;中国负极材料出货量为72万吨,同比增长97.3%。

2021年中国锂离子电池隔膜出货量为50.7亿平方米,同比增长200%;电解液出货量为78万吨,同比增长109.7%。

三、中游制造业1、产量随着锂电池产能的扩张,锂电设备的需求也水涨船高,锂电后处理设备市场空间广阔。

其中2022上半年中国锂离子电池产量为117.82亿只,同比增长4.8%。

2、专利申请数量随着我国科技的进步和发展,以及国家加大对科研的投入力度,我国已经成为锂电池领域拥有专利最多的国家,并且逐渐由改进型专利向发明创造型专利转变。

其中2022年1-8月中国锂离子电池专利申请数量为1708件。

3、锂离子蓄电池进出口情况从2018年起,我国锂离子蓄电池出口数量逐年增加,其中2022年上半年中国锂离子蓄电池出口数量为1902902168个;锂离子蓄电池进口数量为629372835个。

据中国海关数据,2022上半年中国锂离子蓄电池出口金额为20214601849美元;锂离子蓄电池进口金额为1572996303美元。

2022上半年中国锂离子蓄电池进口数量最多地区为马来西亚165948247个;中国锂离子蓄电池出口数量最多地区为越南396982131个。

据中国海关数据,2022上半年中国锂离子蓄电池进口金额最多地区为马来西亚296550724美元;锂离子蓄电池出口金额最多地区为4071439547美元。

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2022年进入终端市场!全面解读全固态锂电池全固态锂电池从20 世纪50 年代就开始研究,已历时半个多世纪。

近年来,面向电动汽车应用的全固态锂电池终于开始从实验室走向产业化小批量制造。

目前,在新型化学电源领域的各类公开场合“全固态锂电池”的出现频率越来越高,业内也基本形成了共识:全固态锂电池有望作为下一代动力电源进入市场,但究竟什么是全固态锂电池?相信也有很多人存在着困惑,为此,我们特写此文以求为全固态锂电池“正名”,以供大家参考。

1全固态锂电池的概述全固态锂电池,是一种使用固体电极材料和固体电解质材料,不含有任何液体的锂电池,主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池,差别在于前者负极不含金属锂,后者负极为金属锂。

图一:传统液态锂离子电池与全固态锂离子电池示意图从出现的时间节点来看,全固态金属锂电池要早于液态锂离子电池,只不过在早期,全固态金属锂电池的电化学性能、安全性、工程化制造方面一直无法满足应用要求。

液态锂离子电池通过不断改进,综合技术指标逐渐满足消费电子类市场应用需求,后来被更多的市场所接受。

从技术发展趋势来看,相比液态锂离子电池,全固态金属锂电池有可能具有安全性能好、能量密度高和循环寿命长等优点。

近年来,固体电解质材料,特别是硫化物电解质材料在离子电导率方面取得了重大突破,因此全固态锂电池技术渐渐开始引起世界范围内的研发机构和大型企业的重视。

2全固态锂电池的分类伴随着全固态锂电池热的兴起,各种“全固态”或“固态”概念的锂电池相继出现,存在着混淆概念的现状。

特将已出现的七类跟固态锂电池相关的概念进行了梳理,并进行了初步的总结。

液态锂电池:电芯在制造过程中不含有固体电解质,只含有液体电解质的锂电池,包括液态锂离子电池和液态金属锂电池。

凝胶电解质锂电池:电芯中液态电解质以凝胶电解质形式存在,电芯中不含固体电解质,这实际属于液态锂离子电池范畴。

半固态锂电池:电芯电解质相中,质量或体积的一半是固体电解质,另一半是液体电解质;或者电芯中一端电极是全固态,另一端电极中含有液体。

准固态锂电池:电芯的电解质中含有一定的固体电解质和液体电解质,液体电解质的质量或体积小于固体电解质的比例。

固态锂电池:电芯中含有较高质量或体积比的固体电解质,同时含有少量液体电解质的电池,被一些研究人员称之为“固态锂电池”,但这实际上不是全固态锂电池。

混合固液锂电池:电芯中同时存在固体电解质和液体电解质。

包括前述半固态、准固态、固态锂电池等均为混合固液锂电池的一种。

由于不需要人为根据固液比例分类,也不会产生歧义,推荐使用这一术语,也可以称为“混合固液电解质锂电池”。

全固态锂电池:电芯由固态电极和固态电解质材料构成,电芯在工作温度范围内,不含有任何质量及体积分数的液体电解质,也可称为“全固态电解质锂电池”。

能够充放电循环的可进一步称为“全固态锂二次电池”或“全固态电解质锂二次电池”。

总结而言,锂电池根据电解质不同可以分为液态锂电池,混合固液锂电池和全固态锂电池三大类。

根据负极的不同可以分为负极为金属锂的金属锂电池,负极不含金属锂的锂离子电池。

表一:不同电解质类型的混合固液锂电池和全固态锂二次电池类型及特点[1]3全固态锂二次电池可能具备的优势全固态锂二次电池之所以会让国际巨头们看中是因为它有望解决目前困扰动力电池行业的两大“挑战”——安全隐患和能量密度偏低问题。

全固态锂电池相比于液态锂离子电池所具有的优势包括:(1) 安全性能高由于液态电解质中含有易燃的有机溶剂,发生内部短路时温度骤升容易引起燃烧,甚至爆炸,需要安装抗温升和防短路的安全装置结构,这样会增加成本,但仍无法彻底解决安全问题。

号称BMS 做到全球最好的特斯拉,在今年仅国内就有两辆Model S 发生严重起火事件。

很多无机固体电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,也有望克服锂枝晶现象,因而基于无机固体电解质的全固态锂二次电池有望具有很高的安全特性。

聚合物固体电解质仍然存在一定的可燃烧风险,但相比于含有可燃溶剂的液态电解液电池,安全性也有较大提高。

(2) 能量密度高目前,市场中应用的锂离子电池电芯能量密度最高达到260Wh/kg 左右,正在开发的锂离子电池能量密度可达到300-320Wh/kg。

对全固态锂电池来说,如果负极采用金属锂,电池能量密度有望达到300-400Wh/kg,甚至更高。

需要说明的是,由于固体电解质密度高于液态电解质,对于正负极材料一样的体系,液态电解质的锂电池能量密度要显著高于全固态锂电池。

之所以说全固态锂二次电池能量密度高,是因为负极可能采用金属锂材料。

(3) 循环寿命长固体电解质有望避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长固体电解质界面膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题,有可能大大提升金属锂电池的循环性和使用寿命。

已报导的薄膜型全固态金属锂电池能够循环45000 次,但目前大容量金属锂电池尚未有长循环寿命的报道,主要是目前高面容量金属锂电极(> 3mAh/cm2)的循环性能还较差。

(4) 工作温度范围宽全固态锂电池如果全部采用无机固体电解质,最高操作温度有望提高到300℃甚至更高,目前,大容量全固态锂电池的低温性能有待提高。

具体电池的工作温度范围,主要与电解质及界面电阻的高低温特性有关。

(5) 电化学窗口宽全固态锂电池的电化学稳定窗口宽,有可能达到5V,适应于高电压型电极材料,有利于进一步提高能量密度。

目前基于氮化磷酸锂的薄膜锂电池可以在4.8V 工作。

(6) 具备柔性优势全固态锂电池可以制备成薄膜电池和柔性电池,未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等。

相对于柔性液态电解质锂电池,封装更为容易、安全。

(7) 回收方便电池回收总的来说是两种方法,一个是湿法,一个是干法。

湿法是把里面有毒有害的液体芯取出来,干法是比如破碎把有效的成分提取出来。

全固态锂电池的优势就在于,其本身里面没有液体,所以从理论上来说应该没有废液,处理起来相对来说是比较简单。

4全固态锂二次电池目前存在的缺陷和部分解决方案虽然全固态锂二次电池在多方面表现出明显优势,但同时也有一些迫切需要解决的问题:固体电解质材料离子电导率偏低;固体电解质/电极间界面阻抗大,界面相容性较差,同时,充放电过程中各材料的体积膨胀和收缩,导致界面容易分离;有待设计和构建与固体电解质相匹配的电极材料;现阶段的电池制备成本较高等。

针对这些问题,研究人员进行了各种尝试,并给出了部分可能的解决途径。

表二:全固态锂二次电池目前存在的缺陷和解决方案5核心材料介绍(1)固体电解质固体电解质是全固态锂二次电池的核心部件,其进展直接影响全固态锂二次电池产业化的进程。

目前固体电解质的研究主要集中在三大类材料:聚合物、氧化物和硫化物。

表三:三类固体电解质主要体系和性能聚合物固体电解质(SPE),由聚合物基体(如聚酯、聚醚和聚胺等)和锂盐(如LiClO4、LiAsF6、LiPF6 等)构成,自从1973 年P. V. Wright 在碱金属盐复合物中发现离子导电性后,聚合物材料由于其质量较轻、弹性较好、机械加工性能优良的固态电化学特性而受到广泛关注。

SPE 也是最早实现实际应用的固体电解质,早在2011 年法国企业博洛雷就开始向巴黎投送Autolib 电动车,该车就是采用基于SPE 的全固态锂电池系统。

氧化物固体电解质按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类,其中晶态电解质包括钙钛矿型、反钙钛矿型、石榴石型、NASICON 型、LISICON 型等,非晶态氧化物的研究热点是用在薄膜电池中的LiPON 型电解质和部分晶化的非晶态材料。

硫化物固体电解质是由氧化物固体电解质衍生出来的,电解质中的氧化物机体中氧元素被硫元素所取代。

由于硫元素的电负性比氧元素要小,对锂离子的束缚要小,有利于得到更多自由移动的锂离子。

同时,硫元素的半径比氧元素要大,当硫元素取代氧元素时使晶格结构扩展,形成较大的锂离子通道而提升导电率,室温下可达10-4-10-2S/cm。

(2) 正极材料全固态锂二次电池的正极一般采用复合电极,除了电极活性物质外还包括固体电解质和导电剂,在电极中起到同时传输离子和电子的作用。

LiCoO2 、LiFePO4 、LiMn2O4 研究较为普遍,后期可能开发高镍层状氧化物、富锂锰基及高电压镍锰尖晶石型正极,也同时应关注不含锂的新型正极材料的研究和开发。

(3) 负极材料全固态锂二次电池的负极材料目前主要集中在金属锂负极材料、碳族负极材料和氧化物负极材料三大类,三大材料各有优缺点,其中金属锂负极材料因其高容量和低电位的优点成为全固态锂电池最主要的负极材料之一。

表四:三类负极材料主要体系和性能6全固态锂二次电池容量划分及对应应用领域与制备工艺图二:柔性薄膜全固态锂二次电池从全固态锂二次电池的形态上可以分成薄膜型和大容量型两大类。

各类型全固态锂电池的电芯封装技术大同小异,主要差别在于极片和电解质膜片的制备。

薄膜型全固态锂二次电池在衬底上将电池的各种元素按照正极、电解质、负极的顺序依次制备成薄膜、最后封装成一个电池。

在制备过程中需要采用相对应的技术分别制备电池各薄膜层,一般来说负极选择金属锂居多,采用真空热气相沉积(VD)技术制备;电解质和正极包括氧化物的负极可以采用各种溅射技术,如射频溅射(RFS)、射频磁控溅射(RFMS)等,目前也有研究用3D 打印技术来制备薄膜。

图三:大容量全固态二次锂电池大容量全固态锂二次电池,由于应用面宽,市场很大,需要能快速、低成本的规模制备,在液态锂离子电池中广泛使用的高速挤压涂布或喷涂技术可以借鉴。

基于聚合物固体电解质的大容量全固态锂二次电池制备与现有锂离子电池的卷绕工艺接近。

但是,考虑到目前无机固体电解质膜的柔韧性不佳,在制备全固态锂二次电池时更多的采用叠片工艺,至于具体是分别制备电解质与正负极膜片后叠合,还是采用双层或多层一次涂布制备电解质和正极的复合层,更适合规模化生产的技术路线还有待进一步的研究。

表五:全固态锂二次电池的容量、应用与可能的制备工艺全固态锂二次电池的生产设备虽然与传统锂离子电池电芯生产设备有较大差别,但从客观上看也不存在革命性的创新,可能80%的设备可以延续锂离子电池的生产设备,只是在生产环境上有了更高的要求,需要在更高级别的干燥间内进行生产,这对于具备超级电容器、锂离子电容器、镍钴铝、预锂化、钛酸锂等空气敏感储能器件或材料的企业来说,制造环境可以兼容,但相应的生产环境成本显著提高。

7全固态锂二次电池发展大事件图四:全固态锂电池发展大事件图[2-8](图中仅罗列全固态电池行业部分大事件,如有遗漏,欢迎补充)8全固态锂二次电池的展望目前新能源汽车的发展已经明确上升到国家战略层面,其中动力电池是新能源汽车最关键的核心部件,其关键程度可见一斑。

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