硅阳极巨大应用潜力 可提高固态电池性能

瞻观前沿

化学家 Hanyu Huo 博士和 Jürgen Janek 教授(均为吉森大学 Justus Liebig 大学)、物理学家 Kerstin Volz 教授博士(马尔堡大学)、材料科学家 Dierk Raabe(杜塞尔多夫马克斯普朗克铁研究所)和理论材料科学家 Chandra Veer Singh 教授(加拿大多伦多大学)及其团队研究了固态电池中硅阳极的特性。他们得出的结论是，这些阳极具有提高这些电池性能的巨大潜力。他们关于硅电极的稳定性、化学力学和老化行为的研究结果现已发表在《自然材料》杂志上。

在开发可与传统锂离子电池竞争的更强大的固态电池时，阳极应由具有特别高存储容量的材料形成，最好是锂金属。然而，这在工作条件下存在内部短路的风险，因此正在研究硅作为具有类似高存储容量的替代品。

Janek 教授解释道，在电池的充电过程中，锂被吸收在负极(阳极)中。这会导致电池阳极的硅膨胀数百%，从而导致固态电池出现相当大的机械问题，此外，受欢迎的固体电解质会与储存的锂发生反应，这也会导致容量损失。我们最近发表的工作首次对这些方面进行了详细的定量评估。

Janek 教授表示，我们的研究结果表明，硅阳极在固态电池中具有巨大的应用潜力，可以通过巧妙地调整电池中的接口来加以利用。

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技术价值观察

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，若完全发展至全固态电池，隔膜也完全被替换。产业链中游为电池包的加工制备过程，产业链下游应用领域包括新能源汽车、储能系统、消费电子等。

研究人员研究证明，硅阳极在固态电池中具有巨大的应用潜力。因此，从固态电池产业链上看，该技术处于产业链的上游环节。

宏观市场观察

——全球锂电池巨头布局固态电池

2021年6月18日，LG新能源亚洲营销总经理在2021中国汽车论坛会上透露，LG新能源正在开发全固态电池，预计2026年实现量产。除LG新能源之外，宁德时代、比亚迪、三星SDI、韩国SKI、松下等全球锂电池巨头均在布局固态电池。

——固态电池是未来锂电池的发展方向

全球锂电池巨头均在布局的固态电池是什么呢?固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池，其本质上仍是锂电池，仅将电解液与隔膜替换为固态电池质。

固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，固态电解质是固态电池的核心，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数，如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。

目前液态锂电池能够实现的能量密度已近极限，而使用全固态锂电池能量密度具备突破500wh/kg的潜力，因此固态电池是未来锂电池的发展方向。

——固态电池行业仍处于早期

全球范围内有多家制造企业、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术，固态电池量产产品很少，产业化进程仍处于早期，市场化产品产量较低。

国内方面，固态电池企业主要有辉能科技、赣锋锂业、清陶能源、万向一二三、卫蓝新能源等企业均已在建设固态电池产线，但实现投产企业较少并且产量较低。例如，星盈科技的固态动力锂电池一期项目年产量仅为1GWh。国外方面，Solid Power的第一代2Ah的全固态电池(ASSB)2026年才能应用于汽车领域。

——新能源汽车是固态电池最主要需求领域

文章汇总分析固态电池三大需求领域情况如下：

——市场需求空间预测

中国固态电池市场与这消费、动力、储能三大领域的锂电池需求量及固态电池在这三个领域的渗透率息息相关。2027年中国锂电池产量有望超过1200GWh。结合业内对固态电池渗透率预测情况，测算得2027年中国固态电池市场空间约为26GWh。

中国固态电池技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与固态电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华北地区，并且以深圳、北京市为重点发展区域，未来布局固态电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、华北地区优先导入，其中可重点关注广东省深圳市龙华区、北京市顺义区所处固态电池的相关企业，以及该地方对于固态电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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标签： 固态 电池 三星 随笔