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2025-03-30 7 新能源及电力行业报告
半固态电池属于固态电池中的一种,固态电池的优势适用于半固态电池, 下文主要描述固态电池的优势。固态电池具有安全性好、能量密度高、更加灵 活的成组方式等优势。 (1)固态电池安全性好。 采用可燃有机电解液的传统锂离子电池,在过度充电、内部短路等异常情 况下电解液会发热,有自燃甚至爆炸的危险。而固态电解质大多耐高温、不可 燃,电池自燃或者爆炸的风险明显减小。不过,作为一种能量存储器件,所有 电池从热力学角度来说都不可能是绝对安全的。电池实际应用中,真正决定其 安全性的因素是多方面的,包括电池的电解质材料特性、电极材料特性、电池 质量控制以及电池管理系统等影响因素。因此,虽然固态电解质的引入能从原 理上极大提高安全性,但其后续生产的质量控制、电池管理系统依然十分重 要。 (2)固态电池能量密度高。 半固态电池相较传统液态电池的能量密度更高,卫蓝新能源、国轩高科已 研发出能量密度为 360Wh/kg 的半固态电池。对于正极而言,固态电解质大多 数拥有较宽的电化学窗口,可以兼容更多高电压正极材料(高镍正极、镍锰尖 晶石正极等)。此外,全固态电池高电压比和良好的安全性还可以让电池管理 系统更为简化,最后用于新能源汽车的电池系统能量密度还可以进一步提高。
固态电池具有更加灵活的成组方式。 固态电池可以采用内串的成组方式,通过将电池内部极片以串联方式连接 的结构设计,实现单体电池电压的提升。具有内串结构的单体电池电压可达到 多个电芯串联的电压水平,减少了包装结构的使用,提高成组效率。 (4)固态电池有望在新能源汽车电池器件技术中更上一个台阶。 除了安全性与能量密度高,新能源汽车电池器件还需要满足众多要求,例 如循环寿命长、工作温度范围宽、耐挤压、耐震动等,固态电池有望通过如下 方式解决这些需求:为获得高的质量能量密度,采用高能量密度嵌入化合物、 硫基材料等作为正极;为获得高的体积能量密度,采用致密薄层电解质技术、 高压实密度正极等;为获得长循环寿命,控制正负极体积膨胀,保持界面接 触,例如采用复合电极、柔性、无定型、凝胶态界面等;为实现宽温区工作(- 70~150℃),采用超离子导体、固液结合、热管理等;为提高耐挤压针刺的能 力,采用不易粉化的金属锂复合电极与不易氧化、不易燃易爆的固态电解质; 为提高耐震动的水平,采用含有柔韧物质或者系统减震;为降低成本、易于量 产,可通过提升能量密度与寿命,使原材料易于制备,且极片和电解质层/膜易 于加工,电芯易于快速制备等等。
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