A股神奇逆转!抄底固态电池牛市爆发机会!

财富   2024-11-25 16:00   北京  
市场全天探底回升,三大指数微跌,全市场超3700只个股上涨,逾150股涨停,逾200股涨超9%。沪深两市全天成交额1.49万亿,较上个交易日缩量2995亿。盘面上,固态电池概念股再度爆发,领湃科技、盟固利、有研新材、山东章鼓等20余股涨停。固态电池为什么这么强?今天就带你深入了解下行业及龙头标的。
传统液态电池的有机液体易导致电极材料降解、易挥发、易燃、易爆,存在较大安全隐患。固态电池具有高能量密度、高安全性等优势,2024年以来多家电池厂和车企公布固态电池相关进展,其中半固态电池已率先实现量产上车,产业化进程有望加快。
围绕固态电池,我们梳理了锂离子电池的发展、液态电池的缺陷以及固态电池的优势、进展情况;固态电池发展过程中遇到的困境及解决策略;预测了市场空间情况,并对产业链及技术路线进行了相关分析,希望对大家了解固态电池有所帮助。
液态VS固态
1.锂离子电池
锂离子电池是一种在储能领域、动力电池及便携式电子设备中均得到广泛应用的一种储能器件,具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点,是目前综合性能最好的电池产品,也是可适用范围最广的电池产品。
锂离子电池体系成熟,由正极、负极、电解液、隔膜等部分组成,其工作原理为:锂离子电池在充放电过程中,锂离子在正负极之间嵌入和脱出,同时伴随着电子在外电路中进行移动而形成外部电路的电流。充电时,电池正极生成锂离子,经过电解液移动到负极并嵌入到负极碳层的微孔中。放电时,嵌在负极的锂离子经过电解液移动回到正极。
全球电动化快速发展,锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命等优势成为消费电子、新能源汽车、储能等诸多下游行业主要供能载体,支撑全球电动化进程。
2.液态锂电池存在问题
液态锂电池已成锂离子电池行业的主流,但应用端仍有部分问题亟待解决。20世纪70年代Whitting ham首次提出并开始研究锂离子电池,随后在1990s,索尼公司发明了商业化的液态锂电池。当前,液态锂电池凭借着其能量密度较高、充电速度快、寿命长、无污染等优点,已经成为行业主流。但与此同时,液态电池仍然存在着一些问题制约其未来的发展与应用。
(1)安全性问题
液态锂电池结构中的电解液和隔膜可能引发安全性问题。
➢锂枝晶的问题:锂离子在正负极间脱嵌以实现锂电池的充放电。但当出现一些异常情况使得锂离子无法正常脱嵌时,就可能形成锂枝晶。而锂枝晶积累到一定程度就可能刺穿电池隔膜、使得正负极短路,进而引发起火等安全性问题。
➢电解液的问题:液态锂电池的电解液常用锂盐溶于有挥发性、可燃的有机溶剂中,安全操作温度一般低于80℃,因此当电池温度过高时可能发生燃烧和爆炸等问题。
➢隔膜的问题:电池中使用的普通隔膜导热率较低,因此可能降低锂离子电池中的散热速率。
(2)能量密度问题
目前液态锂电池的能量密度天花板是300Wh/kg,而固态锂电池可凭借材料体系的更新达到更高的能量密度,可达到700Wh/kg以上。
3.固态电池有望成为新一代的锂电池技术方向
高安全、高能量密度的固态电池为锂电池发展必由之路。全固态电池使用固体电解质替代易燃易爆的电解液,实现电池本征安全,同时可以应用更高比容量的正负极材料,打开锂电池能量密度天花板,成为全面提升锂电池性能的必然选择。
早在1830s,法拉第首次发现了加热固体硫化银和PbF2的显著传导特性。随后在1960s,固态电解质迎来了发展的转折点,开始尝试将固态电解质加入电池中。随之先后出现了POE、钠超离子导体、氢化物、LiPON、硫化物、反钙钛矿等固体电解质体系。随着LiPON的发展,第一款薄膜电池于1990s问世。进入21世纪后,固态电解质的相关研究进一步得到了发展。凭借着结构设计、物理特征的优势,固态电池可以天然规避液态锂电池的安全和能量密度等问题。因此近年来固态电池快速发展、有望成为下一代锂电池技术方向。
4.固态电池是怎样一种电池?
(1)固态电池
固态电池使用固态电解质替代了液态锂电池中的电解液和隔膜。固态电池是一种新技术,使用固态电解质替代了液态锂电池中的电解液和隔膜。传统液态电池的主材是正极、负极、隔膜、电解液四种,在充放电的过程中,电解液一方面供应部分活性锂离子作为导电离子使用,一方面供应离子通道使得锂离子可以自由移动;而隔膜的作用主要是使得电解质离子正常通过,并避免正负极接触导致内部短路。而在固态电池中,由于固态电解质的物理形态可以天然地隔离正极和负极,因此在固态电池中主材为正极、负极、固态电解质三种,隔膜不是必需的。
固态电池可以克服锂液电池的缺点,在安全和能量密度方面实现进一步突破。在安全性方面,固态电池使用不可燃的固态电解质,具有无腐蚀、无挥发、无漏液、可抑制锂枝晶形成、天然隔绝正负极等优点,具有较高的安全性。在能量密度方面,固态电池可以使用锂金属等材料作为负极代替石墨,从而提高电池的能量密度。
(2)固态电池分类
固态电池根据内部液态含量比例可以分为半固态电池和全固态电池。根据固态电池中电解液含量的不同,可以分为半固态电池和全固态电池。一般来讲,电解液含量超过10%就是液态电池;半固态电池中的电解液含量占比在5-10%,电解液的添加能够提升电池内部的界面浸润性,降低电池阻抗,是目前产业化进展较快的固态路线;全固态电池是电池完全由固态物质组成,不含任何液态成分。
液态电池为目前全球锂电池主流技术,工艺及供应链成熟,成本低,但电池本征安全问题及能量密度限制其进一步发展。半固态电池安全性及能量密度较液态电池有所提升,且产线与液态电池可以较好的兼容,成为液态与固态电池之间的过渡方案;固态电池可以解决电池本征安全问题,并可大幅提升锂电池能量密度,此外具有更好的宽温性能,是锂电池发展终局之选,但目前仍有制造成本高、固固界面导电性差等问题,限制其大规模商业化应用。
(3)固态电池优势
固态电池核心优势之一为其具有高安全性,主要由于其以热稳定性强、不易燃的固态电解质,替代易燃的液态电解液,大幅降低电池自燃、爆炸风险。此外,固态电解质具有更高的机械强度,能更好地抵抗电池内部的机械应力,防止锂枝晶穿透隔膜导致短路。同时,其化学稳定性强,不易与电极材料发生反应,进一步增加电池稳定性。因此,机械滥用、电滥用、热滥用三大锂电池热失控主要成因,在固态电池的应用下均得到良好的解决,固态电池安全性较液态电池大幅提升。
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