作家:姚遥
撮要
■ 投资逻辑
中枢不雅点:锂金属负极较石墨、硅碳可完了更高的能量密度,为固态电板负极侧恒久迭代标的;国表里企业已缓缓应用锂金属负极有盘算,首款锂金属负极全固态电板已完了上车路测;工艺上,压延法率先完了范围化落地,向更薄迭代, 恒久也忽视善良挥发镀、液相法;样子上,锂企、负极厂、箔材厂多方参与。忽视积极布局各个工艺道路的率先企业。
锂金属负极:可完了更高的能量密度,为负极恒久迭代标的。传统的负极材料石墨的轮回性能好,但表样子量低;硅基负极表样子量高,但充放电过程中延迟过大;锂金属领有超高表面比容量和较低的电化学电位,笔据欧阳明高院士,国内2030年前重心冲破500Wh/kg电板,正负极侧主要依赖负极迭代,硅负极在助力电板能量密度冲破400Wh/kg后的旯旮提高有限,锂金属负极已定性为负极侧恒久迭代标的。
痛点:锂枝晶组成居品应用的主要瓶颈。锂金属的高活性和其名义SEI的锂离子扩散能垒较高会促进锂枝晶的形成,锂金属的不均匀千里积和枝晶滋长会激勉锂的体积延迟、死锂产生、SEI离散、极化电压增大、电板短路等问题,组成面前主要瓶颈,东说念主工SEI膜、改性集流体、引入固态电解质是主要的改善锂枝晶的技巧。
阛阓:国表里企业缓缓应用,30年固态电板用锂金属出货有望达7700吨。面前大多数企业仍经受更为闇练的硅碳负极,国外日产、LG、SK On、Solid Power、Factorial Energy,国内宁德时间、清陶能源等缓缓应用锂金属负极有盘算,本年头人人首款锂金属负极全固态电板上车(驰骋)路测。面前锂金属负极出货较少,咱们假定2030年全固态电板出货180GWh,锂金属负极渗入率20%,经受双面20um锂箔,测算锂金属用量约7700吨,阛阓近百亿元。
工艺:压延法率先完了范围化落地,恒久看善良挥发镀、液相法。咱们以为压延法率先完了范围化落地,但机械加工关于制备20um以下超薄锂带有所扫尾。恒久看,5-6um是更为理念念的锂层厚度,锂带过厚会导致锂的冗余,带来分量冗余,不利于能量密度的提高,也推高了资本。一方面,压延法仍有将锂带持续作念薄的可能性,另一方面液相法、气相千里积法是潜在发展的标的,这两种工艺均可制备超薄锂带,但是离范围化量产仍有较大距离,气相千里积法在提高千里积速率、液相法在提高均匀性&提高铜锂浸润性上仍有较大迭代空间。
样子:锂企、负极厂、箔材厂多方参与,积极布局单干艺的率先企业。锂企如赣锋锂业、天皆锂业、天铁科技等,背靠丰富的锂资源和金属锂产能布局,在原材料金属锂锭的制备上具备资本、质地上风;负极厂如璞泰来、说念氏时刻(维权)、贝特瑞等同期在硅碳负极、锂金属负极上形成布局;箔材厂如中一科技、英联股份等也涉足锂金属负极。按工艺隔离,天铁科技、赣锋锂业在压延法上率先,英联股份在挥发镀上率先,说念氏时刻、中一科技等在液相法上率先。
风险领导
产业化不足预期、道路迭代风险。
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目次
一、趋势:锂金属负极为负极恒久迭代道路,锂枝晶问题待冲破
1.1 锂金属负极为负极恒久迭代道路
1.2 时刻发展的痛点在于锂枝晶滋长
二、工艺:压延法率先落地,恒久可善良挥发镀、液相法
2.1 挤压/压延法:面前最为闇练的工艺
2.2 挥发镀&液相法:冲破厚度瓶颈的新工艺
2.3 预测:压延法率先完了范围化落地,挥发镀、液相法远景可期
三、样子:锂企、负极厂、箔材厂多方参与,压延工艺占面前主导
四、风险领导
正文
一、趋势:锂金属负极为负极恒久迭代道路,锂枝晶问题待冲破
1.1 锂金属负极为负极恒久迭代道路
负极材料凯旋影响电板容量、首效、轮回等性能。负极材料系先由负极活性物资、粘合剂和添加剂羼杂制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧,再经干燥、滚压形成。负极材料看成锂电板不可或缺的热切组成部分,凯旋影响锂电板的容量、初度恶果、轮回等主要性能,在能源电板资本中占比一般不朝上15%。
不同于传统石墨“脱锂-嵌锂”机制,锂金属负极主要通过“千里积-熔化”机制储能。笔据职责旨趣,可将锂二次电板负极材料分为脱/嵌型负极、改革型负极、合金型负极及锂金属负极。脱/嵌型负极是指锂离子可在结构中发生可逆的镶嵌和脱出的材料,如石墨等;改革型负极是指空间结构中弗成提供锂离子脱/嵌位置,但可同锂发生滚动响应的材料,如MnO2、CuO等;合金型负极是指能和锂发生合金化响应的金属偏激合金、中间相化合物及复合物,包括硅等轻金属;锂金属负极是指凯旋以锂金属单质看成负极,锂离子在锂金属名义进行电千里积/熔化。
具体职责旨趣:
充电过程(锂千里积):外部电源施加电压,正极材料(如过渡金属氧化物)发生氧化响应,开释锂离子(Li⁺)。Li⁺通过电解质迁徙至负极名义,同期电子(e⁻)经外电路流向负极。
响应式:Li⁺ + e⁻ → Li(锂离子在负极名义得电子归附为金属锂原子,千里积形成锂层)。
放电过程(锂熔化):锂金属负极中的锂原子失去电子,被氧化为Li⁺进入电解质,电子经外电路流向正极供电。
响应式:Li → Li⁺ + e⁻(锂原子熔化为离子)。
锂金属负极领有高比容量和低电化学电位,可完了更高的能量密度。传统的负极材料石墨的轮回性能好,但表样子量低;而硅基负极表样子量超高,但充放电过程中体积变化过大。不同于摇椅式锂离子电板的负极材料,锂金属领有超高的表面比容量(3.86Ah/g),是石墨负极表面比容量(0.372Ah/g)的10倍以上,同期具有较低的电化学电位(-3.04Vvs.法式氢电极),因此被以为是最具后劲的负极材料之一。搭配过渡金属氧化物阴极,锂金属电板不错通过合适的电板体系瞎想达到400Wh/kg以上的能量密度。
硅碳负极能量密度提高有限,锂金属负极为恒久迭代标的。笔据25年2月欧阳明高院士的发言,国内2030年前重心冲破500Wh/kg以内电板,正负极方面三元正极不变,主要变负极。硅负极匡助电板能量密度达到400Wh/kg之前,跟着本人克容量的增多,电板比容量委果线性增多,而匡助电板能量密度达到400Wh/kg后,跟着本人克容量的增长,电板比容量的旯旮增长显然松开,而进一步冲破能量密度上限仍需要依赖锂金属负极的应用。
低硅→高硅→锂金属,负极发展旅途清楚。笔据欧阳明高院士,面前已行成已硫化物道路为主体的固态电板发展道路,笔据正负极侧的迭代,具体的roadmap发扬为:
石墨/低硅负极硫化物全固态电板(2025-2027):以200~300Wh/kg为见解,攻克硫化物固态电解质,买通全固态电板的时刻链,三元正极和石墨/低硅负极基本不变,向龟龄命大倍率标的发展。
高硅负极硫化物全固态电板(2027-2030):以400Wh/kg和800Wh/L为见解,重心攻关高容量硅碳负极,三元正极和硫化物固态电解质仍为主流材料体系,面向下一代乘用车电板。
锂负极硫化物全固态电板(2030+):以500Wh/kg和1000Wh/L为见解,重心攻关锂负极,缓缓向复合电解质(主体电解质+补充电解质)、高电压高比容量正极发展(高镍、富锂、硫等)。
国外企业已有较多经受锂金属负极道路,国内固态电板企业负极侧尚以硅碳道路居多。国外日产、LG、SK On、Solid Power、Factorial Energy均经受锂金属负极道路,国内大多数企业仍经受硅碳负极,宁德时间、清陶能源、上海屹锂、恩力能源等经受锂金属负极。本年头驰骋应用锂金属负极的全固态电板上车路测,为人人第一款路测的锂金属负极电板。
咱们测算2030年固态电板用锂金属约7700吨,阛阓百亿。笔据EVTank,2024年人人固态电板出货量达到5.3GWh,同比大幅增长4.3倍,一皆为半固态电板,主要为中国企业坐蓐。EV Tank揣度全固态电板将在2027年完了小范围量产,到2030年将完了较大范围的出货。《中国固态电板行业发展白皮书(2025年)》揣度到2030年人人固态电板出货量将达到614.1GWh,其中全固态的比例将接近30%。咱们假定2030年全固态电板出货180GWh,锂金属负极假定渗入率20%,测算得36GWh。假定经受双面20um锂箔,估计40um厚度,1GWh电板用量1000万平,市欢锂的密度534kg/m3,则对应1GWh电板用锂金属(不商量铜箔)约214吨,18GWh对应用量约7700吨,假定120万元/吨,对应阛阓92亿元。
1.2 时刻发展的痛点在于锂枝晶滋长
锂金属的高活性和其名义SEI的锂离子扩散能垒较高会促进锂枝晶的形成。锂金属的不均匀千里积和枝晶滋长会激勉以下主要问题:
1)锂的无穷体积延迟:锂金属不同于石墨,硅等镶嵌型或合金类负极,它是一种无基体滚动型负极,石墨和硅的体积延迟分别是10%和400%,而锂负极的体积延迟是无穷的,导致千里积锂的态状结构呈现多孔疏松的景色。
2)死锂的产生:锂的无穷体积延迟和枝晶均会形成锂名义结构多孔疏松,经过屡次充放电轮回后,名义不褂讪的锂会渐渐粉化并零散下来从而失去电活性,从而产生多半死锂。
3)SEI离散和副响应增多:锂枝晶的滋长和死锂的产生会导致锂名义SEI离散和重构,不断的重构SEI需要破钞迥殊的电解液,形成副响应增多。
4)极化电压增大:锂枝晶和死锂导致锂金属名义多孔疏松,SEI的比名义积和厚度均会随之增大,从而使Li+的扩散旅途增多,况且死锂会导致名义阻抗增多,这些因素都会形成锂金属电板在屡次轮回 后的极化电压显贵增多。
5)电板短路:锂枝晶的不断滋长会形成其对隔阂的应力增多,最终会刺穿隔阂导致电板短路,从而激勉电板热失控等安全问题。
东说念主工SEI膜、改性集流体、引入固态电解质是主要的改善锂枝晶的技巧。改善锂负极的轮回性能和安全性能策略主要包括:1)行使表界面调控策略,构建东说念主工固态电解质界面(SEI)膜,换取锂的均匀千里积,缓解锂枝晶的危害;2)通过改性集流体或锂基底结构,构建复合锂金属电极,从而促进锂的均匀千里积;3)制备固态电解质或者准固态电解质,行使其力学性能阻抑锂枝晶的滋长及可能激勉的短路问题等。
1) 构造东说念主工SEI膜。
SEI膜反复幻灭崩塌会形成电板失效。在锂电板的充放电轮回中,负极名义会被遮掩一层钝化层,称为SEI膜,而褂讪的SEI膜影响着电板的安全性、高下温性能、倍鄙俗能、轮回寿命、容量保持率和锂千里积的形态。一般情况下,SEI膜并伪善足精良,且力学性能较差,在锂金属反复千里积和溶出过程中,SEI膜很易幻灭或崩塌,导致清新的锂金属与电解液不绝响应,形成新的SEI膜。这个过程被称为SEI膜的动态重构。要是SEI膜的幻灭和崩塌过于通常或失效,会导致锂电板容量衰减、安全性镌汰致使失效,因此构筑褂讪且离子扩散性能优良的SEI膜对提高锂电板的轮回性能具有热切意旨。
东说念主工SEI膜为恒久趋势。对SEI膜的性能调控主要有两种门路完了:①通过诊疗电解质添加剂的身分来调控形成的SEI膜的组分和结构;②构建东说念主工SEI膜完了对锂金属的保护,进一步提高锂负极的褂讪性和倍鄙俗能等。前者的遴选范围十分有限,因此东说念主工SEI膜成为恒久趋势。
精良的东说念主工SEI膜应具有以下特色:①优异的离子导电性,保证Li+快速通过;②较高的机械强度,保证在界面轮回过程中不离散;③一定的弹性,缓解局部应力;④在电解液中具有高化学褂讪性。
畴畴前刻难点在于:①均匀性:确保东说念主工构建的SEI膜在扫数这个词锂金属名义形成均匀、一致的遮掩,幸免不均匀遮掩激勉的问题,如局部电压失衡和锂枝晶形成;②多功能性:瞎想具有多功能性的东说念主工SEI膜,既能退缩电极与电解液之间的不良响应,又能促进锂离子传导和阻抑锂枝晶滋长,还能阻燃隔热提高电板的安全性。
平方来讲,由无机组分组成的薄膜对锂金属发扬出优异的化学褂讪性,但存在不贯穿和不均匀的劣势;有机身分SEI膜多为团聚物等,团聚物相散布均匀,使Li+导电通说念散布均匀,但其弹性模量低、机械强度较差。东说念主工SEI膜的制备可通过不同的制膜工艺完了,包括硬模板法、溅射法、化学气相千里积法、旋涂法、滴涂法等。
2) 构建锂复合结构。
通过合理的结构瞎想粗略均匀化电流密度,促进锂均匀千里积从而缓解轮回过程中产生锂枝晶的危害,主要顺序包括:①复合锂多维结构修饰;②元素掺杂;③制备富锂合金负极。
——复合锂多维结构修饰:在复合锂负极的结构优化中,将电极结构中集流体瞎想成三维结构或者异常的多维结构,不错缓解锂金属体积变化过大导致褂讪性差的问题。传统锂金属负极是平面或者其他二维结构,在屡次锂千里积和剥离过程中体积会有弘大变化,使锂金属负极的结构发生显然变化。三维结构或者异常的负极结构瞎想能很好措置这一问题。
——亲锂元素掺杂:从复合锂负极的组分脱手,通过亲锂性元素的掺杂、添加亲锂涂层等,不错有用促进锂成核位点的均匀散布,从而提高复合锂负极的轮回寿命。举例,引入亲锂元素Ag、Au、Al、Mg或N、P、F、O等,其在锂名义自愿响应生成Li3N、LiNxOy、LiF等可镌汰锂成核的能垒,从而导致锂均匀千里积,显然了减少锂枝晶生成。
——合金类:由于锂金属的费米能级较低,富锂合金晶粒与Li+市欢能高,不错为均相锂千里积提供丰富的亲锂位点。锂合金负极构建不错改善电板的充放电能源学,提高充电和放电速率,适合快速充电和高功率应用;可减少锂枝晶形成,镌汰电板里面短路的风险,提高电板的安全性;最热切的锂合金负极适用于多种锂金属电板体系,具有较好的适合性。因此,凯旋制备富锂合金亦然改善锂负极轮回性能和倍鄙俗能的主要顺序之一。制备富锂合金的顺序主要有高温熔融法、高能球磨法、机械合金法、化学合成等。
3) 引入固态电解质。
行使固态电解质代替传统电解液是当今公认的措置锂枝晶问题最具远景的策略。关于与锂金属搭配的固态电板,平方要求固体电解质得志以下条目:高的离子电导率,1×10-3S/cm以上,以及低的电子电导率,1×10-9S/cm以下,保证电化学响应的褂讪性,幸免电板极化或短路问题;宽的电化学窗口,对锂金属具有精良的化学褂讪性,同期抗氧化才智强,并更好地匹配高电压正极材料;高的离子迁徙数,尽可能达到;精良的热褂讪性,便于在不同温度下使用;高的机械强度,同期具有一定韧性,便捷加工;低概述行使资本,利于大范围量产并用于电板制造;从坐蓐到使用中绿色无混浊,对环境友好。
二、工艺:压延法率先落地,恒久可善良挥发镀、液相法
2.1 挤压/压延法:面前最为闇练的工艺
挤压/压延法是一种浮浅、凯旋的锂箔制备时刻。是机械加工技巧,主要包括提锂、电解、挤压、压延工序。具体经由:从锂矿石(如锂辉石)或盐湖卤水中索取碳酸锂(Li₂CO₃)或氯化锂(LiCl),通过电解坐蓐金属锂,锂锭通过挤压机形成条状,再经轧制机压延成所需厚度的箔片。
挤压/压延法是一种闇练的金属成型工艺。该工艺可用于锂金属的加工,一般该工艺不错将锂金属加工到250–400 µm,行使挤压工艺加工出的锂金属箔材具有精良的名义光洁度,但举座而言加工厚度的均匀性较差。只是通过挤压工艺坐蓐的锂金属箔难以得志二次锂金属电板的需求,平方需要与其它工艺市欢使用,如与辊压工艺配合,进一步是金属锂箔愈加薄,名义愈加均匀,当今使用辊压工艺不错将锂金属箔厚度镌汰至20µm,在辊压过程中为了克服锂金属强的粘附性,平方会添加一些添加剂来戒指名义张力,保证在辊压后获取无损害的锂金属薄膜。
压延法已可完了范围化的坐蓐,但是在制备超薄锂带上有难度。锂金属的强度较低,制备薄(< 50 μm)、宽(> 100 mm)、长(> 10 m)的锂带时,挤压/压延法存在扫尾。一次性压延的锂箔存在厚度不均、断带和起皱等劣势,针关于厚度低于 50 µm 的锂箔制备,工业上平方经受屡次辊压的顺序,并精确戒指每次辊压的压缩比,严作风控压辊压力和速率粗略提高锂箔的质地, 但也显贵增多了坐蓐资本。
2.2 挥发镀&液相法:冲破厚度瓶颈的新工艺
1)电千里积顺序:在集流体上电化学千里积锂金属,通过电解液中的锂离子归附形成锂层。
与辊压和熔融锂注入顺序比拟,电化学顺序粗略通过调控响应能源学和响应过程更精确地戒指超薄锂负极的厚度. 电千里积是通过电化学过程将金属离子或络合离子归附为金属原子, 并附着于固体名义(导体或半导体), 从而形成金属层的过程. 经受电千里积制备金属锂箔(ED-Li)具有厚度可控、镀层均匀等优点. 不错措置锂金属由于在制造过程中受到大气混浊, 名义遮掩的Li2CO3、LiOH 等组分的原生钝化层(NPL). 可是,电千里积时刻仍处于发展阶段, 尚未闇练。
2)液相法(熔融法):基于锂相对较低的熔点,将锂熔融为液态后浸涂、喷涂或刮涂在其千里积在集流体上。
具体工艺为:将熔融景色下的锂金属均匀涂覆在导电支柱基材上,并使用压延机进行二次定型,这一过程不仅提高了锂与基材的市欢强度,还能改善厚度均匀性,行使带有防粘涂层的冷辊能将锂箔厚度戒指在10至50µm之间,有用措置薄层性情和均匀性问题。锂的熔融加工不仅不错在系统层面完了高能量密度,而且还为畴昔适合各式固态和液态电解质界面的后续原生名义工程提供契机。
熔融法的要道问题在于锂金属与铜集流体的浸润性较差,平方会在铜名义形成球状液滴,不错通过在基底上预涂有机过渡层,改善熔融态锂的浸润性,从而生效制备出多种小于50µm的超薄锂。举例:过渡层可经受氧化铜,当熔融锂与Cu2O层互相作用时,Cu2O被破钞,生成的Li2O和Cu不再以精良薄膜的体式存在,而所以镶嵌锂金属的体式存在于 Cu 基材/锂涂层的界面区域,液态锂涂层在惰性氩气脑怒下,经受卷对卷浸涂工艺进行制备,经受这种新工艺,锂厚度可在较大范围内诊疗(1-30 μm)。
该顺序的劣势在于:①厚度不均:滴涂或注入可能导致厚度波动,影响电板一致性;②基体依赖:由于锂高名义能,其在各式关连基底上的润湿性较低,需亲锂涂层,不然锂渗入不充分,非活性基体会降呆板量密度。
3)气相千里积法:行使物理气相千里积(PVD)时刻在集流体上千里积薄层锂金属,其中挥发镀最具备远景。
常见顺序包括:
①挥发镀:在真空环境中加热锂金属至挥发,在铜箔上冷凝成薄膜。
蒸镀时刻超越适用于低熔点和高蒸气压的材料,举例锂。蒸镀时刻是千里积锂薄膜的首选顺序,经受该顺序为幸免氧化,锂应保存在氩惰性脑怒中并使用专用真空室进行锂千里积。热挥发已被解释是获取金属锂薄膜最合适的时刻之一,畴昔该时刻可能会在金属锂二次电板坐蓐中领有一定市阵势位,面前锂挥发的研发和中试线级开垦已完了营业化应用。如加拿大初创公司 Li Metal 正奋勉于将蒸镀时刻用于金属锂箔的营业化坐蓐。
通过诊疗挥发温度,粗略生动戒指所制备的锂离子薄膜厚度。这种物理减薄顺序不仅完了了快速、贯穿的坐蓐, 还具备了高精度的大范围坐蓐才智。真空蒸镀时刻提高了锂的行使率, 镌汰了锂的使用资本, 同期保险了负极的轮回性能, 极地面提高了电板的概述性能。真空蒸镀时刻为超薄锂负极的实质应用提供了一种可行的策略。
②溅射:通过多半电离出的氩气离子(Ar+)轰击靶材, 使靶材原子或分子被开释并均匀千里积到基片上, 无需高真空环境。
磁控溅射时刻通过在基材上堆积金属锂原子, 可快速有用地制备出名义均匀平整、基材粘附性好和厚度在纳米或亚微米级的金属锂薄膜. 磁控溅射时刻在薄膜电极材料[57]、东说念主工SEI、隔阂等电板材料普通使用。但由于制备过程的复杂性与高资本的制约, 磁控溅射无法大范围坐蓐超薄锂箔。
③电子束物理气相千里积:通过电子束撞击见解并使锂金属靶材熔化或升华,将锂金属材料更始成蒸汽并千里积在基材的名义上。
EB-PVD主要优点是镀层杂质含量极低、千里积速率高、靶材喷射材料标的性好、材料行使恶果高,短期内EB-PVD难以被用于锂金属箔材的坐蓐。
④脉冲激光千里积:通过激光轰击锂靶材产生等离子体,千里积在基板上形成纳米级锂膜。在行使PLD时刻时为了幸免水的影响,平方需要在手套箱中操作以幸免锂混浊,使锂金属箔的制形资本较高,且不利于大面积金属薄膜坐蓐。
热挥发是最优的千里积方式。溅射是一种普通使用且工业认同的大区域千里积时刻,但锂的低熔点(180.5°C)和对用作靶背板的铜等金属的缺少粘附性使其不合适大范围锂加工。脉冲激光千里积(PLD)已被解释不错制造3微米厚的锂薄膜,但千里积时候很长(4小时,约8纳米/秒),且基底面积小(2平方厘米)。热挥发(TE)不错行使低温下锂的低熔点和高蒸气压,千里积速率朝上100纳米/秒,该时刻在工业卷对卷(R2R)过程中还是超越闇练。与轧制的锂薄膜比拟,使用TE坐蓐的锂薄膜具有精良的均匀性和名义共形性,况且委果莫得劣势。因此,热挥发被以为是迄今为止最合适坐蓐具有戒指厚度、高质地和可相似性,况且可在工业范围坐蓐的薄膜的时刻。
笔据能源学东说念主和著作《Current Status and Future Perspective on Lithium Metal Anode Production Methods》,热挥发(TE)不错行使低温下锂的低熔点和高蒸气压,千里积速率朝上100纳米/秒,该时刻在工业卷对卷(R2R)过程中还是超越闇练。与轧制的锂薄膜比拟,通过挥发镀制备的锂金属负极在名义均匀性和共形性方面发扬出色,可完了无劣势名义。同期,挥发镀不错很好地戒指锂层的厚度,其厚度范围不错从纳米到几十微米,因此有可能克服当今锂金属负极的厚度扫尾。当今,挥发镀已用于坐蓐薄膜电板的锂金属负极,挥发锂的研发和中试坐蓐线开垦已完了营业化,加拿大公司Li Metal诡计将挥发锂工艺的锂金属负极营业化,其⼀条中试坐蓐线已干涉运营。
2.3 预测:压延法率先完了范围化落地,挥发镀、液相法远景可期
1)时刻程度上看,压延法>气相千里积法>液相法>电化学千里积。比较来看,压延法面前还是在固态电板范畴得到了营业化应用,其闇练度最高;气相千里积法、液相法均处于量产考据阶段;电化学千里积处在实验室实验生效阶段。
2)加工性能上看,气相千里积法、液相法>压延法>电化学千里积。压延法面前可制备20um锂金属负极,具备坐蓐高效、可量产上风,已有范围化应用,率先范围化落地,但是后续向超薄锂带(20um以下)冲破有难度;气相千里积法、液相法均不错制备超薄锂金属负极,其中气相千里积法畴昔需措置千里积速率慢的痛点,而液相法需冲破锂层均一性、亲锂层瞎想等工艺难点;电化学千里积法当今在锂上的应用仍较少。
3)经济性上看,液相法>压延法、电化学千里积法>气相千里积法。液相法的工艺相对浮浅,在经济性上具备较大远景;压延法具备较好经济性,能制备贯穿化薄卷,材料行使率好,有大范围坐蓐才智,资本约1公斤250好意思元;电化学千里积法的工艺所需温度较低,降本有远景,但是贯穿化坐蓐恶果镌汰+电解质回收推高了举座资本;气相千里积法由于开垦不菲和真空密封,加工资本相对较高。
压延法率先完了范围化落地,恒久看善良挥发镀、液相法。将不同工艺作念居品性量、工艺可行性的二维比较后,咱们以为压延法率先完了范围化落地,但机械加工关于20um以下超薄锂带有所扫尾。恒久看,5-6um是更为理念念的锂层厚度,锂带过厚会导致锂的冗余,带来分量冗余,不利于能量密度的提高,也推高了资本。一方面,压延法仍有将锂带持续作念薄的可能性,另一方面液相法、气相千里积法是潜在发展的标的,这两种工艺均可制备超薄锂带,但是离范围化量产仍有较大距离,气相千里积法在提高千里积速率、液相法在提高均匀性&提高铜锂浸润性上仍有较大迭代空间。
三、样子:锂企、负极厂、箔材厂多方参与,压延工艺占面前主导
锂企、负极厂、铜箔厂多方参与。锂企如赣锋锂业、天皆锂业、天铁科技等,主营业务为锂提真金不怕火加工,背靠丰富的锂资源和金属锂产能布局,在原材料金属锂锭的制备上具备资本、质地上风;负极厂如璞泰来、说念氏时刻、贝特瑞等同期在硅碳负极、锂金属负极上行成布局;箔材厂如中一科技、英联股份等也涉足锂金属负极。按工艺隔离,赣锋锂业、天铁科技在压延法上率先,英联股份在挥发镀上率先,说念氏时刻、中一科技等在液相法上率先。
1)锂企业:赣锋锂业、天皆锂业、天铁科技等。
赣锋锂业:行成负顶点硅碳、锂金属双道路布局。
公司当今已完了300mm宽度的超宽幅超薄锂带量产,铜锂复合带中锂箔厚度可达到3微米。在电板及系统层面,赣锋320Wh/kg高比能电板,经受硅碳负极,轮回可达到1000圈;400Wh/kg高比能电板,经受硅碳负极,轮回达到600圈以上;500Wh/kg超高比能电板,经受锂金属负极,已完了10Ah级居品的小批量坐蓐;集团具备齐全瞎想才智,CTP成组恶果达74%、坐蓐恶果提高30%。
天皆锂业:与卫蓝新能源合作预锂化、金属锂制备。
公司全资子公司天皆创锂与北京卫蓝新能源共同出资树立了结伙公司深圳固锂,专注于预锂化负极材料、金属锂负极及锂基合金(复合)负极材料、预锂化试剂及关连制造开垦等业务。当今,深圳固锂的预锂化实验室成立形势已齐全验收,并完成两套负极预锂化开垦工艺开发及中高量预锂化开垦第一阶段带料调试职责,其全资子公司天皆卫蓝固锂新材料(湖州)有限公司已掌合手金属锂负极预锂化及金属锂负极制备的整套工艺与要道装备制造时刻。
天铁科技:与欣界能源合作压延法锂金属负极。
公司在固态电板锂金属负极材料供应、研发、坐蓐等方面全场地开展计谋合作,完了两边上风互补,拓宽两边合作范畴、提高合作层面,完了合作共赢。笔据条约,两边将在固态锂金属负极材料居品供应、新材料研发、产线成立等方面张开深度合作。具体合作内容包括:天铁科技笔据欣界能源的需求提供2款电板级锂金属居品供其进行样品检测;在样品检测及格且居品可得志需求的情况下,欣界能源在同等条目下优先向天铁科技采购金属锂负极材料居品,并在首条≥450Wh/kg固态2GWh量产线投产后,由天铁科技雅致该条产线的金属锂材料供应,年采购量原则上不低于100吨,采购期限不少于5年;两边还将共同研发电板级锂金属负极材料,整合优质资源,加强配合,开展新式锂金属负极材料研发合作。
2)负极厂:包括说念氏时刻、璞泰来、贝特瑞等。
说念氏时刻:合作电子科大布局液相法锂金属负极。
公司与电子科技大学签署了《形势时刻拜托开发合同》,拜托电子科技大学进行超薄金属锂负极的研发,包括单面/双面锂覆铜超薄锂负极带材的开发和自支柱超薄锂负极带材的开发,合作期限为2024年12月2日至2027年12月1日。
形势将由电子科技大学李晶泽训诫雅致施行,其团队由一支训诫丰富、专科技能强的接头戎行组成。形势将通过行使高温熔融金属锂与金属集流体之间的互相作用,不仅改善二者之间的浸润性,通过熔融液体流延的顺序完了锂负极的超薄化制备,而且借助金属锂与金属集流体之间的原位合金化响应,将原位生成的合金微纳收罗结构看成三维骨架,克服传统纯金属锂负极体积变化大,且对锂的成核、生成缺少照管的弊端,有用阻抑锂枝晶滋长,延长负极的轮回寿命,大幅度提高其电化学性能及安全褂讪性,加快包括固态锂电板在内的锂二次电板的营业化进度。
璞泰来:公司对锂金属负极材料持续研发,通过构建新式三维骨架结构来措置锂金属负极的枝晶、体积延迟以及负极/固态电解质的界面问题,与此同期,公司锂金属负极成型开垦经受压延复合工艺,已完成开垦样机开发并托福使用。
贝特瑞:布局锂碳复合材料。通过对碳材料基体的精细瞎想及微孔结构调控,再通过现款的复合工艺将金属锂与碳材料复合,获取超高容量、低延迟及长轮回的锂碳复合材料。
3)箔材厂:包括英联股份、中一科技等。
英联股份:布局蒸镀法锂金属负极,合作头部车企。
公司在固态电板材料方面,依托蒸镀工艺的时刻储备,研发锂金属/回信籍流体负极一体化材料,并与头部汽车公司开展关连的时刻合作,公司将会持续开拓回信籍流体的应用场景。
中一科技:布局锂-铜金属一体化复合负极材料。
当今公司已有用于固态电板的锂-铜金属一体化复合负极材料等关连时刻储备,不错改善金属锂与铜箔之间的界面亲和性,从而提高锂金属电板的轮回褂讪性。公司“一种锂-铜一体化复合负极材料偏激制备顺序和应用”的专利(公开号CN120048853A,央求日历为2025年03月),露馅,本央求提供了一种锂-铜一体化复合负极材料偏激制备顺序和应用,属于电化学储能时刻范畴,其中,包括纪律层叠竖立的铜箔、锂合金层和碳层,锂合金层包括锂金属和亲锂金属,亲锂金属包括银、锌、锡、铝、镁中的至少一种,碳层由热归附处理后的碳材料制成。本央求通过在铜箔名义涂覆锂合金层和碳层,粗略增强金属锂与铜箔之间的市欢程度,减少了锂负极与铜箔之间的界面阻抗,有意于电子的传输,提供更高的导电性和更强的界面联戮力;碳层具有较高的导电性和精良的锂离子传输才智,不错有用减少界面阻抗并阻抑锂金属在铜基底上不均匀千里积,减少锂枝晶的形成。
四、风险领导
产业化不足预期:锂金属工艺为固态电板负极的恒久发展标的,工艺难度高,在固态电板上的产业化落地不细目性大,存在不足预期风险。
道路迭代风险:锂金属分多种工艺,面前看压延法占主流,挥发镀、液相法为恒久看仍有契机的新工艺,面前未到大范围营业化阶段,各工艺均有优劣,工艺道路尚未形成明确拘谨,若畴昔奉陪部分道路的痛点攻克,或者部分道路的痛点迟迟难以措置,将带来里面工艺道路的分化,部分行业内企业将受到冲击。
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《锂金属负极:负极恒久标的,善良各工艺率先企业——固态电板深度》 ]article_adlist-->+
论说信息
证券接头论说:《锂金属负极:负极恒久标的,善良各工艺率先企业——固态电板深度》
论说日历:2025年07月04日
作家:
姚遥 SAC执业编号:S1130512080001