中國粉體網(wǎng)訊  伴隨著全固態(tài)鋰電池?zé)岬呐d起，各種“準(zhǔn)固態(tài)”、“半固態(tài)”或“混合固液鋰電池”等概念的鋰電池相繼出現(xiàn)，存在著混淆概念的現(xiàn)狀。本文所說的固態(tài)電池是指全固態(tài)鋰電池，即：電芯由固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成，電芯在工作溫度范圍內(nèi)，不含有任何質(zhì)量及體積分?jǐn)?shù)的液體電解質(zhì)，也可稱為“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”，其中主要包括全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池（差別在于前者負(fù)極不含金屬鋰，后者負(fù)極為金屬鋰）。

不得不指出的是，如果按照出現(xiàn)的時間節(jié)點(diǎn)來看，全固態(tài)金屬鋰電池要早于液態(tài)鋰離子電池，但是全固態(tài)金屬鋰電池的電化學(xué)性能、安全性、工程化制造方面一直無法滿足應(yīng)用要求；而液態(tài)鋰離子電池通過不斷改進(jìn)，綜合技術(shù)指標(biāo)逐漸滿足消費(fèi)電子類市場應(yīng)用需求，后來被更多的市場所接受。

如果是從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，相比液態(tài)鋰離子電池，專家們普遍認(rèn)為，全固態(tài)金屬鋰電池有可能具有安全性能更好、能量密度更高和循環(huán)壽命更長等優(yōu)點(diǎn)。由于固態(tài)電池與傳統(tǒng)液態(tài)電池的技術(shù)差異過大，如果固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化并成為動力電池的主流，對于現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)鏈會有什么影響？中國粉體網(wǎng)編輯特梳理了目前業(yè)界的一些觀點(diǎn)。

對正極材料的影響

全固態(tài)鋰二次電池的正極一般采用復(fù)合電極，除了電極活性物質(zhì)外還包括固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑，在電極中起到同時傳輸離子和電子的作用。LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4研究較為普遍，后期可能開發(fā)高鎳層狀氧化物、富鋰錳基及高電壓鎳錳尖晶石型正極等。整體上看，與當(dāng)前發(fā)展方向相符。

對負(fù)極材料的影響

全固態(tài)鋰二次電池的負(fù)極材料目前主要集中在金屬鋰負(fù)極材料、碳族負(fù)極材料和氧化物負(fù)極材料3大類，三大材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中金屬鋰負(fù)極材料因其高容量和低電位的優(yōu)點(diǎn)成為全固態(tài)鋰電池最主要的負(fù)極材料之一。其中，選用硅碳負(fù)極較符合當(dāng)前負(fù)極材料企業(yè)的布局；而選用金屬鋰負(fù)極則對負(fù)極材料企業(yè)影響較大。

對隔膜和電解液的影響

申萬宏源研究認(rèn)為，全固態(tài)鋰電池不再需要隔膜和電解液，因此倒逼相關(guān)企業(yè)緊跟趨勢實施轉(zhuǎn)型。但他們也指出，市場過度擔(dān)心隔膜和電解液環(huán)節(jié)被替代；性能更佳的固態(tài)電池是未來長期發(fā)展趨勢，但應(yīng)用之路困難重重，仍需解決幾大痛點(diǎn)，如：極其復(fù)雜的鋰電供應(yīng)鏈重塑、新科技材料的成本如何降低、快充效率的提升等等問題。據(jù)估測，固態(tài)電池實際大規(guī)模應(yīng)用尚需5-10年時間，因此給予隔膜和電解液企業(yè)充足的時間進(jìn)行技術(shù)儲備及轉(zhuǎn)型。

對銅箔/鋁箔的影響

對于此方面，申萬宏源研究認(rèn)為，沒有直接沖擊，但集流體需改善以適配高性能電極，如銅箔需三維集流體以適配金屬鋰負(fù)極，鋁箔需復(fù)合導(dǎo)電涂層以適配復(fù)合正極。

對上游金屬材料需求的影響

申萬宏源研究認(rèn)為，固態(tài)電池對上游金屬需求的可能影響有：（1）鋰需求增加，特別是金屬鋰負(fù)極的核心技術(shù)地位，且正極或采用富鋰材料，讓鋰元素扮演更加重要的角色是提升鋰電能量密度的核心思路之一；（2）鎳需求有望增加，鈷需求減少，固態(tài)電池大大提高了電池的安全性，將加速三元正極高鎳化速度，長期看具有一定不確定性，需觀察鈷錳酸鋰、鈷酸鋰和富鋰錳基等正極材料品質(zhì)的進(jìn)一步技術(shù)路線之爭。

對鋰電池生產(chǎn)設(shè)備的影響

大容量的全固態(tài)鋰二次電池，由于應(yīng)用面寬，市場很大，需要能快速、低成本的規(guī)模制備，許曉雄等認(rèn)為，在液態(tài)鋰離子電池中廣泛使用的高速擠壓涂布或噴涂技術(shù)可以借鑒；基于聚合物固體電解質(zhì)的大容量全固態(tài)鋰二次電池制備與現(xiàn)有鋰離子電池的卷繞工藝接近；但是，考慮到目前無機(jī)固體電解質(zhì)膜的柔韌性不佳，在制備全固態(tài)鋰二次電池時更多的采用疊片工藝。

全固態(tài)鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備雖然與傳統(tǒng)鋰離子電池電芯生產(chǎn)設(shè)備有較大差別，但據(jù)許曉雄等分析認(rèn)為：從客觀上看不存在革命性的創(chuàng)新，可能80%的設(shè)備可以延續(xù)鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備，只是在生產(chǎn)環(huán)境上有了更高的要求，需要在更高級別的干燥間內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，這對于具備超級電容器、鋰離子電容器、鎳鈷鋁、預(yù)鋰化、鈦酸鋰等空氣敏感儲能器件或材料的企業(yè)來說，制造環(huán)境可以兼容，但相應(yīng)的生產(chǎn)環(huán)境成本顯著提高。

對鋰電池企業(yè)的影響

申萬宏源分析認(rèn)為，固態(tài)電池壁壘較液態(tài)電池更高，率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化者可能享有高溢價；固態(tài)電池一旦大規(guī)模推廣后，已有的液態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈將迎來巨大沖擊，可能導(dǎo)致已有的電池競爭格局發(fā)生突變；甚至大幅推進(jìn)新能源汽車對燃油車的替代。

參考來源：

許曉雄，李泓：為全固態(tài)鋰電池“正名”，儲能科學(xué)與技術(shù)2018

申萬宏源研究：技術(shù)變革之路任重道遠(yuǎn)，長期利好鋰、鎳需求——固態(tài)電池行業(yè)深度2021

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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