石墨烯基固态柔性锂电池 头豹词条报告系列

2023/7/13 17:38头豹科技创新网https://www.leadleo.com/wiki/brief?id=62cf1214e7ced6cb6ef200391/15Leadleo.com客服电话：400-072-5588陈石墨烯基固态柔性锂电池 头豹词条报告系列志煌2023-03-17未经平台授权，禁止转载版权有问题？点此投诉行业：制造业/电气机械和器材制造业/电池制造工业制品/工业制造关键词：石墨烯锂电池固态锂电池柔性电池行业定义固态电池是用固态电解质的锂离子电池，一般由有机、无...AI访谈行业分类按照电解质材料的选择，固态电池可以分为聚合物、氯化...AI访谈行业特征中国石墨烯行业产品性能优良，下游需求逐年扩大，但...AI访谈发展历程石墨烯基固态柔性锂电池行业目前已达到 3个阶段AI访谈产业链分析上游分析中游分析下游分析AI访谈行业规模由于石墨烯基固态柔性锂电池当前处于实验室阶段，尚未...AI访谈数据图表政策梳理石墨烯基固态柔性锂电池行业相关政策 5篇AI访谈竞争格局目前中国石墨烯基固态柔性锂电池尚未实现大规模商业化...AI访谈数据图表陈摘要随着5G、AIoT时代到来，可穿戴设备、柔性手机、新能源汽车等领域加速发展，对锂离子电池的续航、柔性、安全等性能提出更高要求。为满足下游应用产品长续航、柔性化、微型化发展需求，开发高能量密度的固态柔性锂离子电池成为亟待解决的问题。石墨烯基固态柔性锂电池将攻克固态锂电池的技术难点，实现高能量密度、柔性可折叠、和稳定的循环性等优点，电池的商业化发展潜力不可限量石墨烯基固态柔性锂电池行业定义固态电池是用固态电解质的锂离子电池，一般由有机、无机化合物合成，不含有易燃易爆的有机溶剂。固态电池最突出的优点是安全性，还具备不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性。固态电池未来发展潜力巨大，有望获取安全性更高、单体能量密度更高（＞300Wh/kg）和寿命更长（＞5000次）的动力电池。 固态锂电池可从根本上解决液态的安全隐患。固态锂电池采用固体电解质替代电解液和隔膜，进而解决电解液的易燃性，其最突出的优点是高安全性，且具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发等特性[1] 2023/7/13 17:38头豹科技创新网https://www.leadleo.com/wiki/brief?id=62cf1214e7ced6cb6ef200392/15[1]1：头豹分析师观点2：https://www.leadleo.c...石墨烯基固态柔性锂电池行业分类[2]按照电解质材料的选择，固态电池可以分为聚合物、氯化物、硫化物三种体系电解质；其中，聚合物电解质属于有机电解质,氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质；按照正负极材料的不同，固态电池还可以分为固态锂离子电池（沿用锂离子电池材料体系，如三元正极等）和固态锂金属电池（以金属锂为负极）石墨烯基固态柔性锂电池分类电解质材料有机电解质（聚合物）有机陶瓷电解质（氧化物、硫化物）正负极材料固态锂离子电池（负极材料主要是石墨基、硅碳材料等）固态锂金属电池（负极材料是金属锂）[2]1：头豹分析师观点2：https://www.leadleo.c...石墨烯基固态柔性锂电池行业特征[3]中国石墨烯行业产品性能优良，下游需求逐年扩大，但受限于技术难题和材料成本等因素限制，石墨烯产能不足、规模化程度低。突破石墨烯量产技术瓶颈将给行业市场规模带来指数性爆发1优势明显固态锂电池安全性能高、能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽固态锂电池相比于液态锂离子电池所具有的优势主要包括安全性能高、能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽、电化学窗口宽、生产效率高、具备柔性优势。固态电池是用固态电解质的锂离子电池，一般由有机、无机化合物合成，不含有易燃易爆的有机溶剂。固态电池最突出的优点是安全性，还具备不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性。2瓶颈明显 2023/7/13 17:38头豹科技创新网https://www.leadleo.com/wiki/brief?id=62cf1214e7ced6cb6ef200393/15固态锂电池面临的发展瓶颈主要是界面问题固态锂电池石墨烯离子电导率和电子迁移率较高的特性，对锂电池进行石墨烯的掺杂修饰改性，实现界面问题的解决。由于固态电解质缺乏流动性，导致固-固接触面积小，电阻阻抗高等问题出现，进而影响了固态电池的物理机械稳定性、化学稳定性、电化学稳定性、热稳定性等。因而一系列界面问题制约着固态电池发展。3下游应用市场广阔下游市场中国消费级电池出货量达41GWh，保持稳定增长态势在可穿戴设备、高端智能柔性手机等细分市场驱动下，柔性电池、高倍率数码电池、软包电池等领域将为消费级电池市场带来增量。预计2022年中国消费级电池出货量达41GWh，保持稳定增长态势。整体而言，消费级锂电池的传统业务较稳定，固态柔性电池赋能新应用，新兴应用市场持续活跃，新兴消费级电池市场有望迎来发展红利。[3]1：头豹分析师观点2：https://www.leadleo.c...石墨烯基固态柔性锂电池行业发展历程[4]固态锂电池的研究可追溯到1972年，现阶段的应用技术是基于10年前的基础体系搭建。固态锂电池并不是飞跃式发展的行业，目前产业化进程尚处早期，但随着产业投入加大有望迎来超速发展，2000年，我国石墨烯基固态柔性锂电池行业进入兴起阶段，改进了液态锂电子电池，提出固态电池概念。[5萌芽期1970~199020世纪70年代，惠廷厄姆提出采用硫化钛作正极、金属锂作负极，制成首个锂电池；阿尔芒提出“摇椅电池”的概念。20世纪80年代，古迪纳夫发现钴酸锂可作为锂电池正极材料；贝尔实验室制成首个可用的锂离子石墨电极；曼蒂兰和古迪纳夫采用聚合阴离子的负极能产生更高电压；萨克雷和古迪纳夫发现锰尖晶石是优良的正极材料1972年固溶电极和“摇椅电池”概念诞生。同年，Exxson公司（经营石油天然气等化工品，1999年与美孚合并成埃克森美孚）研发出第一块商品化锂金属二次电池。标志着对于石墨烯基固态柔性锂电池开始了萌芽期的阶段。萌芽期1991~2000 2023/7/13 17:38头豹科技创新网https://www.leadleo.com/wiki/brief?id=62cf1214e7ced6cb6ef200394/151994年，Armand发表了有关固态聚合物电解质在锂电池中的应用前景评论，从电池设计到电池工程各个方面提出担忧。索尼公司发明商业化液态锂离子电池；塔拉斯孔和盖约马德组装了第一个石墨“LiMn204”摇椅电池，证明LiMn204作为有前景低成本锂离子电池正极的可能性索尼公司发明液态锂离子电池并使其进入商业化。对于固态电池来说，聚合物电解质首先引起锂金属二次电池研发者的兴趣，因为固态聚合物电解质层可以做得很薄，电池可做成任意形状而且防漏。但在Armand最初提议之后的20年内，固态聚合物电解质没有在锂电池应用上取得实质性的进展。启动期2001~2023帕迪和古迪纳夫发现磷酸盐和磷酸铁锂比传统正极材料更安全、耐高温、耐充电；塔拉斯孔和盖约马德提出了一种基于LiPF6的EC/DMC电解质，是目前电解液配方高比容量、高电压的NMC；阿尔芒提出固态聚合物电解质基础的固态电池概念；同时提出新型亚氨基酸、锂迁移、锂负极保护方法固态电池技术对于固态电池的探索一直在持续，然而相对液态电解质，固态聚合物电解质存在界面阻抗高、离子导电率低等问题。2014年，Sakti3的研究人员发布了固态锂离子电池，声称具有更高的能量密度和更低的成本。 2015年，Sakti3被Dyson收购。在2017年，古迪纳夫公布了一个固态电池。然而固体电池发展历程相对较短，大多数还处于研发阶段。[4]1：头豹分析师观点2：https://www.leadleo.c...[5]1：https://baijiahao.baidu...2：外部信息整合石墨烯基固态柔性锂电池行业产业链分析中国石墨烯基固态柔性锂电池行业产业链与锂电池行业并无较大区别。因此，石墨烯基固态柔性锂电池厂商所面临的上下游环节较为清晰，为从原材料成固态柔性锂电池再应用的过程。主要产业链上游包括正负极材料、固态电解质、集流体、导电剂。其中，正极材料的出货量在2020年有明显提升，其中磷酸铁锂增速最快，磷酸铁锂2020年出货量达到12.4万吨，同比增长100%。而针对于固态电解质，这是全固态锂电池的核心部件，承载着电池内部离子迁移传递的关键作用，是实现高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的关键材料。产业链中游主要是石墨烯基固态柔性锂电池厂商；然而目前所面临的一系列界面问题制约着固态电池发展。目前，清华大学、北大深圳研究院等单位已开始对固态电池关键材料、固态电池制造装备及电芯制造技术进行研发。截至目前，申请已公开的专利共有近2000件。 2023/7/13 17:38头豹科技创新网https://www.leadleo.com/wiki/brief?id=62cf1214e7ced6cb6ef200395/15因此目前产能主要受限于电池制备技术，中游电池制备尚未实现商业化规模量产。而产业链下游市场主要以可穿戴设备、柔性手机等消费级电池领域为主。其中，IDC预测2025年可穿戴设备出货量将接近8亿台。综合来看我们认为，随着电子产品等兴起，消费锂电池下游应用范围越来越广，固态柔性电池赋能新应用，新兴应用市场持续活跃，新兴消费级电池市场有望迎来发展红利。[6]产业链上游石墨烯基固态柔性锂电池原材料厂商厦门钨业股份有限公司贵州振华新材料股份有限公司北京当升材料科技股份有限公司查看全部产业链中游石墨烯基固态柔性锂电池厂商北京卫蓝新能源科技有限公司中国科学院物理研究所宁德时代新能源科技股份有限公司查看全部[7上生产制造端上游厂商产业链上游说明从原材料产能产量分析来看，锂电池的生产仍然受到上游很大的影响，其中三元材料2020年出货量21.4万吨，同比增长22%，市场占比最高达45%，仍为市场主要需求方向；并且三元材料的市场竞争激烈，竞争格局分散。2020年行业CR5约为52％，头部大型厂商之间的份额差距较小。然而，我们认为全固态锂电池的核心部件是固态电解质，这也是目前固态锂电池的核心限制因素。综合来看聚合物体系最成熟，有望最快突破商业化瓶颈。国内厂商，小米固态电池技术，在实验室内已经取得阶段成果，不仅能量密度突破1000Wh/L，而且更大幅提升低温放电性能和安全性。中品牌端中游厂商产业链中游说明对于固态电池来说，出货量在2020年只有0.7Gwh，但预计在接下来10年内快速发展，在2030年达到250Gwh。从头部企业来看，目前已经开始建设半固态产线，卫蓝正着手建设2GWh固态电池产 2023/7/13 17:38头豹科技创新网https://www.leadleo.com/wiki/brief?id=62cf1214e7ced6cb6ef200396/15产业链下游消费级应用可穿戴设备行业柔性手机行业新能源车行业线，预计2023年初量产，并与蔚来合作。清陶投资50亿元，建设10GWh固态电池产能。从技术路线分析来看，我们认为理想的全固态电池应>4Ah电芯，足以快速低成本的生产。然而固-固接触面积小，电阻阻抗高等问题出现目前成为制约着固态电池发展的主要原因。下渠道端及终端客户渠道端产业链下游说明从下游应用来看，我们认为随着可穿戴设备新型电子产品兴起，消费类电池应用不断拓宽。全球可穿戴设备2024年出货量将突破超5亿件，2020-2024年CAGR达8%，保持稳定增长态势。其次，5G手机的快速放量驱动柔性OLED屏渗透率快速提升，预计到2023年柔性OLED渗透率将达到40%。预计2023年全球柔性手机出货量达6.53亿部，2020-2023年CAGR达28%，呈快速增长态势。综合来看，固态柔性电池作为可穿戴设备和柔性手机行业的上游，其市场需求规模也随之激增。[6]1：头豹分析师观点2：https://www.leadleo.c...[7]1：头豹分析师观