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1.1研究背景:“碳中和”目标推动新能源产业发展
从工业时代开始,人类活动导致的温室气体排放量持续增加,对气候产生了显著影响,引发了极端天气等现象,严重威胁到人类的生存环境。为了应对这一挑战,减少交通运输领域的碳排放变得尤为重要。因此,发展高效、环保的动力电池技术,如全固态电池、氢燃料电池,成为推动电动汽车普及、降低温室气体排放的关键举措,从而助力实现更加可持续的未来。
1880-2023年全球表面气温变化情况“碳中和”示意图;;
1.3研究目的:固态电池对液态锂电池存在替代性
液态锂电池仍有能量密度存在上限、锂枝晶引起的安全风险、SEI膜增厚影响循环寿命、低温性能不足限制场景应用等不足,相比之下,固态电池凭借其优异的性能,能够有效克服液态锂电池的局限性。
因此,发展固态电池不仅是解决现有技术瓶颈的关键路径,也是满足未来多样化应用需求的重要方向。
液态锂电池仍存在的不足;;
2.1.1固态电池概述:定义
固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池。液态锂电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大主材组成,固态电池则是将电解液、隔膜替换成固态电解质。固态电解质本身不可燃、且热分解温度高,固态特性完全避免了电解液腐蚀、挥发、漏液等问题,安全性能大幅提高。
各类电池性能对比固态电池与目前主流液态锂离子电池结构对比;
2.1.2固态电池概述:工作原理与特点
固态电池、锂离子电池工作原理都基于1972年提出的“摇椅式”可充电电池模型:充电时锂离子从正极脱嵌,经过电解液/固态电解质的运输,再嵌入负极;放电则相反。与传统锂电池相比,全固态电池突出的特点有高安全性、轻量化、长循环寿命等。
“摇椅式”充放电模型固态电池突出特点;
2.1.3固态电池概述:发展历程
从电池技术变革层面来看,锂离子电池技术过去几十年中迅速发展,传统液态电池体系成熟,但难以出现大幅性能突破,这为新的技术路径提供了发展机会。固态电池由于???有较高理论能量密度和高安全性,是最有技术颠覆潜力、最具产业发展前景的下一代电池技术。随着研发持续投入,新技术新材料的加速升级,预计固态电池在未来几年内会有更多商业化应用落地。
固态电池发展历程;
主要技术路线;
2.2产业结构:固态电池产业链与液态锂电池有所相似
固态电池产业链与液态锂电池大致相似,上游包括原料矿产、机械设备以及基础材料,两者主要的区别在于负极材料和电解质的种类,正极材料方面几乎一致。
固态电池产业链结构;
2.3.1全球市场现状:2030年市场规模达到1163亿元
2022年以来,固态电池的研发和产业化取得了明显进展,但是目前仍然面临着尚未完全解决的离子电导率问题、固固界面问题和循环性能问题等,预计其产业化时间节点将在2030年左右。预计到2030年,全球固态电池出货量将达到614.1GWh,全固态电池市场规模将达到172亿元。;
2.3.2全球政策布局:海外前瞻布局固态电池领域
美国、欧盟、日本等海外地区大力支持固态电池产业发展,早在2018年,欧盟与日本就已发布相关政策,欧盟发布《电池2030+》,日本发布《日本汽车电动化的基本政策和具体行动》,对产业做出发展规划。;
2.3.3全球区域格局:全球可分为中国、日韩及欧美三个阵营
在技术方向上,日韩起步最早并选择了硫化物固态电解质路线;欧美选择聚合物、氧化物固态电解质路线居多;中国三种固态电解质路线均有布局,较为关注氧化物领域,在开发全固态电池的同时也在;
2010-2014年,丰田出现了一波固态电池相关专利申请潮,其主要的精力是集中在对硫化物体系固态电解质进行研究。
2018年启用了第二阶段固态锂离子电池项目,旨在2022年全面掌握全固态电池核心技术。
2017年,宣布自研固态动力电池。
2018年,与本田、丰田、松下等日本企业组成“锂电池技术与评估中心”,共同研发固态电池
2017年,宣布正在自主研发固态电池,并已建立中试生产设施。2020年7月,投资IonicMaterials公司,主要进行固态电池研发工作,预计2025年可实现固态电池量产。
2021年,计划在月面实施全球首个全固态电池的技术实证试验。
2030年,力争实现EV用全固态电池的实际应用。
2024年,成功研发半固态电池EnerCera的1人自动化生产线,大幅降低生产成本。
2025年之前,计划实现EV用全
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