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2020年鋰電池“終結者”再突破！
- 發布時間：2021/8/17來源：深圳市谈球吧体育電池股份有限公司
- 2020年鋰電池“終結者”再突破！
鋰電池“終結者”再突破！固態電池搶占制高點
據11月27日報道，澳大利亞迪肯大學的研究人員表示，他們已經設法使用常見的工業聚合物來制造固體電解質，有望使鋰離子電池的能量密度增加一倍，這種固態鋰電池在過熱時不會爆炸或著火。目前團隊已經在紐扣電池中進行了測試，他們將尋找商業伙伴將這些固態電池推向市場。
這項新技術使用了一種弱結合到鋰離子的固態聚合物材料，來代替通常用作當前電池單元電解質的揮發性液體溶劑。
據該團隊陳芳芳博士在新聞稿中表示：“如果行業采用谈球吧的技術，我可以預見道這樣一個未來，例如，可以將電池相關設備安全地裝在飛機行李中，或者電動汽車不會像現在這樣對乘員或急救人員構成火災危險。”
近年來，動力電池作為電動汽車的“心臟”一直備受關注。隨著電池技術的快速發展，當前全球多家巨無霸車企對于固態電池都在投入重金競相研發。固態電池與傳統鋰電池相比具有更高的能量密度，同時擁有更大的功率和更長的使用時間，是下一代鋰電池發展的大趨勢。
隨著全球知名企業和研究機構的研發布局，預計2030年全球固態電池需求有望接近500GWh。參考SNEresearch的動力電池出貨量預測，若固態電池能在2022年實現市場化并逐步提升滲透，到2025年固態電池在動力電池中的市場空間大約能達到60億元左右。
從早期的鉛酸電池，到豐田等日企主打的鎳氫電池，再到2008年特斯拉roaster使用的鋰離子電池，傳統液態鋰離子電池已統治動力電池市場十年。未來，能量與安全需求與傳統鋰電技術的矛盾將越來越凸顯。
再從Fisker宣稱開發充電1分鐘行駛500公里的固態電池，到寶馬已與SolidPower進行合作開發下一代電動車用固態電池，再到豐田又宣稱將在2025年前實現全固態電池的實用化。作為下一代電池技術的代表，固態電池日益引發市場高度關注，引發全球范圍的企業進行提前卡位。
固態電池是采用固態電解質的鋰離子電池。固態面臨的挑戰主要包括降低成本，提高固體電解質的安全性，以及在充電和放電時保持電極和電解質之間的接觸。
與傳統鋰電池相比，全固態電池最突出的優點是安全性。固態電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發的特性，避免了傳統鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現象，降低了電池組對于溫度的敏感性，根除安全隱患。
相比于傳統的鋰電池來講，由于固態電解質取代了傳統鋰離子電池中可能燃爆的有機電解液，這樣解決了高能量密度和高安全性能兩大難題，在相同能量下用固態電解質取代電解液的電池，更薄且體積更小。
許多問題很難在鋰離子電池現有技術的參數范圍內得到解決：（1）安全性和可靠性；（2）能量密度；（3）運行環境溫度；（4）充電速度。固態電池作為下一代很有前途的技術，很有可能解決這些問題，而且其性能的提高也很明顯。
目前全固態電池尚處在研發早期，研發方向主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大固態電解質的典型技術開發方向。三大體系各有優勢，其中聚合物電解質屬于有機電解質，氧化物與硫化物屬于無機陶瓷電解質。
其中，聚合物固態鋰金屬電池的開發主要以Bolloré、寧德時代和東北師大為代表；氧化物鋰金屬固態電池的開發主要以美國橡樹嶺國家實驗室，QuantumScape，Sakti3以及中科院等為代表；硫化物固態電池的開發主要以豐田、三星、本田以及寧德時代為代表，其中以豐田技術最為領先。
對于全固態鋰電池來說，當前階段最大的需求來自于汽車產業，隨著新能源汽車的鋪開提上日程，各大車企紛紛布局全固態鋰電池，期待3－5年后開始全固態鋰電池的商業化生產。除此之外，消費電子、智能家居和航天航空等領域也存在一定的全固態鋰電池需求。
全固態電池有望成為下一代商業化動力電池，募投項目中下一代電池研發方向包括氫燃料電池、鋰空氣電池和全固態電池，其中全固態電池最有望成為下一代商業化動力電池。
目前全球供應商、材料企業、電池企業都在大力推進固態電池的研發。
縱覽全球固態電池企業，有初創公司，也不乏國際廠商，企業之間獨踞山頭信仰不同的電解質體系，未出現技術流動或融合的態勢。
歐美企業偏好氧化物與聚合物體系，而日韓企業則更多致力于解決硫化物體系的產業化難題，其中以豐田、三星等巨頭為代表。
固態電池領域的第一集團軍，日本擁有固態電池專利916件，占比接近一半，領先優勢明顯；美國和中國分別以398件和362件的專利數位居第二、第三。
在全固態電池專利方面，日本具有明顯的優勢，豐田擁有固態電池專利252件，數量遠超其他車企與電池企業。
豐田汽車2010年，推出硫化物固態電池；2014年，原型固態電池能量密度已達400Wh／kg；2020年，日本投資100億日元，豐田、本田、日產、松下，京都大學、日本理化學研究所等參與研究，計劃2022年掌握全固態電池技術；2020年，與松下合資，為550多萬輛電動汽車供電池，豐田51％股份。
固態鋰電池前20位專利申請人中，日本企業占11家，其中豐田申請量最多，達1709件，是第二位松下的2．2倍。排名前10均為日韓企業，其中日本8家，韓國2家。
日本的豐田汽車、本田研發、日產汽車和雅馬哈汽車甚至組織成立LIBTEC，計劃共同開發固態電池的基礎技術。LIBTEC固態電池的開發目標包括：體積能量密度達600Wh／L，成本達600元／kWh，快速充電時間為10分鐘。
豐田汽車和松下的聯盟（豐田有近300名工程師參與研發固態電池），該聯盟表示將在五年內將固態電池商業化。豐田和NEDO所制定的全固態電池的商業化普及方案，首先使用現有LIB的正負極材料開發全固態電池（第一代電芯）。
之后再使用新的正負極材料以期進一步提高能量密度（下一代電芯），預計2022年豐田汽車生產固態電動汽車的樣車，2025年在部分車型中使用固態電池。2030年實現大規模量產應用，能量密度可達500Wh／kg。
隨著固態電池技術方面取得新突破，固態電池的落地進程將再進一步。
從海外各家企業實驗與中試產品來看，固態電池能量密度優勢已開始凸顯，明顯超過現有鋰電水平。
在我國，固態鋰電的基礎研究起步較早，在“六五”和“七五”期間，中科院就將固態鋰電和快離子導體列為重點課題，此外，北京大學、中國電子科技集團天津18所等院所也立項進行了固態鋰電電解質的研究，并在此領域取得了不錯的進展。
當前國內已有上市公司布局固態電池相關業務，對于下一代電池技術研發和產業化應用，已逐漸進入二級市場視野。國內在進行固態鋰電開發的企業包括：寧德時代、贛鋒鋰業、珈偉股份、江蘇清陶能源、臺灣輝能、中航鋰電、比亞迪、萬向、威馬汽車等。
未來，隨著產業投入逐漸加大，產品性能提升的步伐也望加速。
回溯傳統鋰電成本曲線，14年時單位成本接近3元／Wh，而隨著產能迅速擴張，目前成本已降至1．2元Wh／kg左右。
固態電池作為一項顛覆性技術，技術一旦突圍成功，行業成長曲線料將獲指數級增長，工業化大批量生產將使成本問題迎刃而解，傳統鋰電的降本邏輯有望得到復制。
展望發展趨勢，固態電池階段發展之路已經明晰。結構上，現階段電池體系包含部分液態電解質以取長補短。而技術發展過程中將逐漸減少液體的使用，從半固態電池到準固態電池，最終邁向無液體的全固態電池。
應用領域上，有望率先發揮安全與柔性優勢，應用于對成本敏感度較小的微電池領域，如RFID、植入式醫療設備、無線傳感器等；技術進步后，再逐漸向高端消費電池滲透；隨著產品的成熟，最終大規模踏入電動車與儲能市場，從高端品牌往下滲透，實現下游需求的全面爆發。
鋰電產業鏈是一個可以看至少10年的行業，而新技術的開發與崛起也將不斷強化行業的估值與前景。
在行業看好與多方布局之下，固態電池產業有望獲得超速發展。固態電池承載著電池安全與能量全面提升的光榮使命，未來有望成為行業的新爆發點與關鍵性技術保障，政策在逐漸褪去，市場正回歸理性，當新能源汽車回歸商品屬性時，還有技術在前方保駕護航。
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