ASSLB设计新原理 引入一系列中间层可以潜在地解决锂枝晶问题

瞻观前沿

全固态电池(ASSB)是在两个电极之间包含固体电解质的电池。这些电池，特别是全固态锂金属电池(ASSLB)，可以表现出高能量密度和更高的安全性，解决了传统锂离子电池(LiB)设计的一些局限性。尽管 ASSLB 具有多种优势，但尚未大规模部署。部分原因是锂枝晶的生长及其高界面电阻会严重损害其性能。

马里兰大学的研究人员最近提出了一种设计安全、高能 ASSLB 的新原理。《自然能源》中概述的这一原理有助于为电动汽车和大型机器人系统开发更强大、更可靠的燃料电池。该论文的第一作者 Zeyi Wang表示，目前解决全固态电池锂枝晶问​​题的努力依赖于反复试验实验，本文不只是报告一个中间层，而是旨在开发一种界面设计原理，可以指导一系列中间层的制造。这是完全解决全固态电池中锂枝晶问题的一种方法。

Wang 和他的同事最近工作的主要目标是确定一种有前景的策略来减轻 ASSLB 中锂枝晶的生长。为了实现这一目标，该团队建议在电池的锂阳极和固体电解质之间引入特殊的层。Wang表示，在锂阳极和固体电解质之间添加特殊层可以潜在地解决锂枝晶问题，但中间层的特性对于实现这一目标至关重要，我们的设计原理将电池稳定性与中间层的几个关键特性联系起来。具体来说，它强调中间层应该是疏锂的(即被锂金属排斥)、高离子导电性和轻微电子导电性以及多孔性。我们设计原则的成功在于它为开发安全电池开辟了新的机会。

值得注意的是，Wang和他的同事提出的设计原理可以应用于广泛的ASSB，有助于抑制锂枝晶的形成，从而提高电池性能。因此，它很快就会为开发各种安全且高性能的含有固体电解质的电池技术铺平道路，这些技术可以为电动汽车和其他大型电子产品提供动力。

图片来源：摄图网

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。

研究人员在锂阳极和固体电解质之间添加特殊层可以潜在地解决锂枝晶问题，从而提升全固态锂金属电池性能。因此，从固态电池产业链上看，该技术处于产业链的上游原材料环节。

宏观市场观察

——电池技术进展情况分析

从电池技术方面来看，比亚迪刀片电池是目前全球范围内综合优势处于行业前列的一种磷酸铁锂电池，于2020年3月进入量产阶段，相比传统的磷酸铁锂电池，刀片电池具有能量密度高、体积利用率高、稳定性强、故障率低，兼顾了高安全性和长续航里程。此外，正处于研发阶段、规模化量产蓄势待发的钠离子电池、固态电池在电池技术领域的研究热度居高不下。根据Marklines以及多家行业上市公司公司公告所披露的事实，进入2023年，一大批固态电池企业将交付固态电池产品，固态电池迎来大规模量产和装车时代。同时，宁德时代于2023年4月称，将在2023年4月18日开幕的2023上海国际车展上发布凝聚态电池。凝聚态电池是一种新型电池技术，采用了固态电解质来代替传统电解液，相比传统液态电池，凝聚态电池的核心就是能实现超流态，超导态，从而拥有更加优越的稳定性，传导性，即电池更加稳定，容量更大，传导效率更快。

——固态电池优势

目前，锂离子电池面临着安全性差的问题，固态电池可在安全性、能量密度、温度范围等方面突破锂离子电池的局限。

 

——固态电池需求领域

文章汇总分析固态电池三大需求领域情况如下：

——固态电池企业布局情况

根据电解液的不同，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。目前，中国市场上固态电池整体还处于实验阶段，未实现商业化。但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，也是各企业的必争高地。从企业技术布局情况来看，2023年包括辉能科技、清陶能源、卫蓝新能源等公司的产品批量交付提上日程，而中创新航、孚能科技等企业固态电池大规模量产已提上日程。

——固态电池商业化规划

中国固态电池技术目前仍处在成熟技术到产业化的过渡阶段，即技术推广与规模化生产验证阶段，根据IEA初步预计，到2025年，固态电池技术将实现商业化，并开始逐渐向下一代锂电池(锂-金属/锂-空气/锂硫)迈进。

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： 电池 固态 电解质 随笔