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固态电池关键材料体系发展研究
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| 固态电池技术是发展兼具高能量密度、高安全性、长寿命和低成本的下一代电池的重要保证，当前全球主要国家及地区均在加快布局固态电池研发和产业化。本文从固态电池关键材料的技术体系、产业体系和支撑体系3个方面着手，综述了国际固态电池关键材料体系的发展现状，分析了美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区的固态电池技术发展路径、产业规模和支撑体系建设情况，梳理了我国固态电池关键材料体系的发展现状并提出了发展目标。研究发现，我国固态电池正处于推广发展期，在关键原材料、关键科学技术瓶颈突破、规模化量产及产业化应用等方面面临挑战。研究建议，坚持分步发展固态电池的总体策略，设立国家级固态电池发展规划和重大科技专项，推动固态电池技术研发机构建设，促进固态电池市场化应用及产业转型，优化固态电池生态环境建设，实现我国固态电池产业领跑世界。 |
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国际固态电池关键材料产业体系 全球固态电池产业主要分布在中国、日本、韩国、欧洲、美国等国家和地区。据不完全统计，截至2023年，全球约有53家规模以上企业布局和研发固态电池。表1和表2列举了国内外部分主要企业的固态电池技术路线。 表1 国外典型企业的固态电池技术路线 表2 我国典型企业的固态电池技术路线 日本的固态电池产业发展起步最早，如日本东芝公司于1983年就成功开发出了可实用的Li/TiS2薄膜固态电池。目前，日本电池企业采取的固态电池主流技术路线是硫化物固态电解质。日本拥有多家电池关键材料龙头企业，如正极材料领域的日亚化学工业股份有限公司和住友金属工业股份有限公司，负极材料领域的三菱化学集团和Resonac集团，隔膜领域的旭化成集团和东丽集团，以及电芯制造领域的松下电器公司等。在产业链下游应用领域，丰田汽车公司、本田技研工业股份有限公司、日产汽车公司等企业也积极参与固态电池的生产研发。2021年，日本成立了电池供应链协会，涉及的企业可以覆盖整个电池产业链，其目标是实现日本电池供应链的可持续发展和提升其电池产业竞争力。未来，松下电器公司将于2025年将固态电池进行市场化应用，丰田汽车公司、本田技研工业股份有限公司等汽车企业计划2028—2030年实现固态电池的规模化和商业化应用。 韩国固态电池产业的发展思路是研发重量轻的硫化物全固态电池以及高安全性的氧化物全固态电池，其产业体系建设的企业主要是三星SDI公司、SK On公司以及LG新能源公司。这些企业也是目前位于全球前列的液态锂离子电池生产企业。近年来，韩国发布“2030二次电池产业发展战略”（2021年）、“充电电池产业革新战略”（2022年），引导企业合力研发固态电池，并着力建设本土电池产业链体系。韩国电池企业初步规划在2027年前实现全固态电池的商业化应用；韩国的主要汽车企业还通过投资欧洲、美国等国家和地区的固态电池初创公司以推动固态电池产业发展。 欧洲、美国的固态电池产业较多选择聚合物和氧化物固态电解质的技术路线，重视固态金属锂电池体系的研发。其中，美国的电池企业在早期以自主研发为主，但关键材料大多依赖进口。2021年，美国能源部发布《2021—2030年国家锂电池蓝图》，首次由政府主导制定了未来的锂电池发展路线，并构建本土锂电池完整产业链，建设满足其国内需求的电池生产基地。美国Quantum Scape公司、Solid Power公司等固态电池主要企业均计划在2025年前后实现固态电池的装车示范应用。目前，美国固态电池在航空领域的应用处于世界前列。 2011年，法国博洛雷集团研发的金属锂聚合物电池是全球首个实现商业化应用的固态电池，已成功搭载于BlueCar电动汽车，但欧洲后续的固态电池产业化进展较为缓慢。2017—2019年，欧洲各国陆续建立了欧洲电池产业联盟、“电池欧洲”、欧洲能源研究联盟以及发布“电池2030+”等联合研究计划，推动包括固态电池在内的先进电池技术及产业的发展，但尚未建立完善的电池产业体系。目前，宝马集团、大众集团等大型汽车企业通过技术投资方式来推动欧洲固态电池产业的发展。 总体而言，全球主要国家和地区尚未形成完整的固态电池产业链，固态电池的关键材料体系尚未完全明确，且依然存在固固界面接触不良、成本较高等问题；在电池回收和关键材料循环利用环节仍存在较大缺口，尚未形成完整的产业链闭环。 |
2楼2024-07-27 16:28:35
