怎么看三星最新的AG-C材料全固態電池技術？
2021-04-20 15:11作者:管理員 來源:中全新能源
事件：２０２０年３月，三星高等研究院、三星電子的多位電池專家，在世界頂級學術期刊上Nature Energy 上發表《High-energy long-cycling all-solid-state lithiummetal batteries enabled by silver–carbon composite anodes》，文章展示了一種基于Ag-C 過渡層材料的長壽命高能量密度的全固態鋰電池技術。
Ag-C 過渡層材料能夠使鋰均勻的沉積在負極集流體上，制作電池時不再需要金屬鋰負極，大幅提升電池穩定性和安全性：三星該固態電池技術與傳統固態電池技術相比，沒有使用金屬鋰負極，在負極區域僅使用了一層5-10um 的Ag-C材料過渡層。在電池放電時，正極材料中的鋰離子穿過固態電解質在負極區域與納米銀結合形成鋰銀合金，在放電完成時鋰以金屬態成為電池負極。Ag-C 過渡層能夠使得負極的金屬鋰沉積的更加均勻，能夠避免出現鋰晶枝發生刺穿固態電解質的風險。由于制作電池時不再使用金屬鋰，能夠提升電池制作時的安全性，并且降低電池材料成本。
全電池以高鎳三元鋰為正極，Li6PS5Cl 為固態電解質：三星該固態電池的正極材料是高鎳三元鋰，并涂覆了一層5nm 的LZO（Li2O-ZrO2）材料，可以改善與固態電解質的界面接觸性能。固態電解質選了Li6PS5Cl，該硫化物固態電解質與氧化物固態電解質相比，室溫下的離子導率較高，鋰離子遷移數高。此外，硫化物材料質地較軟，不需要經過高溫燒結過程，能夠配合其他材料一起通過碾壓設備制成電池，和現有的鋰電設備兼容性較好。該電池不再使用電解液和隔膜材料。正極材料集流體仍是選擇鋁箔，負極材料集流體選擇了機械性能較好的不銹鋼箔。鋁塑膜軟包后，單體電池長112mm、寬67mm，電芯容量為0.6Ah。
電池體積比能量超900Wh/L，正極材料能量密度超210mAh/g，均顯著高于目前商業化電池最高水平：三星該固態電池在60℃環境條件、0.1C 電流密度條件下，測得電池體積比能量超900Wh/L，如果增加電極的堆疊后可超1000Wh/L（量產鋰電池500 Wh/L ~700Wh/L），正極材料比容量超210mAh/g（量產高鎳電池正極約185-195mAh/g），面積比容量為6.8mAh/cm2。全電池平均電壓約3.76V，充放電次數達1000 次之后，庫倫效率仍有99.8%，容量保持率約90%?？紤]到三星該固態電池沒有使用重量占比較高的電解液（30-35wt%）和負極材料（ 15-20wt%） ， 我們推測該固態電池理想情況下質量比能量或將達450-600Wh/kg。
電池需要的環境溫度較高、納米銀材料價格較高，可能是該電池技術產業化的難點：三星該固態電池測試溫度為60℃，需要高溫工作環境是固態電池一大劣勢。在室溫下固態電解質離子導率較低，固態電池性能不能完全發揮。此外，該電池用了貴金屬納米銀，使用量約8-16mg/Ah，納米銀價格15-30 元/g，對應約0.12-0.48 元/Ah，對應約0.03-0.13 元/Wh。該文的發文機構主要是科研為主的三星高等研究院而非以工藝為主的三星SDI，我們判斷該電池技術仍在實驗室階段，電池性能的一致性和可重復性也不一定很高，短期內難以形成量產產品。
投資建議：固態電池核心制造技術有望被電芯廠商掌握，且仍然保留目前廣泛使用的正極材料和導電碳材料，而固態電解質技術有望被隔膜或者電解液廠商掌握，建議積極關注：寧德時代、華友鈷業、當升科技、天奈科技、道氏技術、恩捷股份、新宙邦。
Ag-C 過渡層材料能夠使鋰均勻的沉積在負極集流體上，制作電池時不再需要金屬鋰負極，大幅提升電池穩定性和安全性：三星該固態電池技術與傳統固態電池技術相比，沒有使用金屬鋰負極，在負極區域僅使用了一層5-10um 的Ag-C材料過渡層。在電池放電時，正極材料中的鋰離子穿過固態電解質在負極區域與納米銀結合形成鋰銀合金，在放電完成時鋰以金屬態成為電池負極。Ag-C 過渡層能夠使得負極的金屬鋰沉積的更加均勻，能夠避免出現鋰晶枝發生刺穿固態電解質的風險。由于制作電池時不再使用金屬鋰，能夠提升電池制作時的安全性，并且降低電池材料成本。
全電池以高鎳三元鋰為正極，Li6PS5Cl 為固態電解質：三星該固態電池的正極材料是高鎳三元鋰，并涂覆了一層5nm 的LZO（Li2O-ZrO2）材料，可以改善與固態電解質的界面接觸性能。固態電解質選了Li6PS5Cl，該硫化物固態電解質與氧化物固態電解質相比，室溫下的離子導率較高，鋰離子遷移數高。此外，硫化物材料質地較軟，不需要經過高溫燒結過程，能夠配合其他材料一起通過碾壓設備制成電池，和現有的鋰電設備兼容性較好。該電池不再使用電解液和隔膜材料。正極材料集流體仍是選擇鋁箔，負極材料集流體選擇了機械性能較好的不銹鋼箔。鋁塑膜軟包后，單體電池長112mm、寬67mm，電芯容量為0.6Ah。
電池體積比能量超900Wh/L，正極材料能量密度超210mAh/g，均顯著高于目前商業化電池最高水平：三星該固態電池在60℃環境條件、0.1C 電流密度條件下，測得電池體積比能量超900Wh/L，如果增加電極的堆疊后可超1000Wh/L（量產鋰電池500 Wh/L ~700Wh/L），正極材料比容量超210mAh/g（量產高鎳電池正極約185-195mAh/g），面積比容量為6.8mAh/cm2。全電池平均電壓約3.76V，充放電次數達1000 次之后，庫倫效率仍有99.8%，容量保持率約90%?？紤]到三星該固態電池沒有使用重量占比較高的電解液（30-35wt%）和負極材料（ 15-20wt%） ， 我們推測該固態電池理想情況下質量比能量或將達450-600Wh/kg。
電池需要的環境溫度較高、納米銀材料價格較高，可能是該電池技術產業化的難點：三星該固態電池測試溫度為60℃，需要高溫工作環境是固態電池一大劣勢。在室溫下固態電解質離子導率較低，固態電池性能不能完全發揮。此外，該電池用了貴金屬納米銀，使用量約8-16mg/Ah，納米銀價格15-30 元/g，對應約0.12-0.48 元/Ah，對應約0.03-0.13 元/Wh。該文的發文機構主要是科研為主的三星高等研究院而非以工藝為主的三星SDI，我們判斷該電池技術仍在實驗室階段，電池性能的一致性和可重復性也不一定很高，短期內難以形成量產產品。
投資建議：固態電池核心制造技術有望被電芯廠商掌握，且仍然保留目前廣泛使用的正極材料和導電碳材料，而固態電解質技術有望被隔膜或者電解液廠商掌握，建議積極關注：寧德時代、華友鈷業、當升科技、天奈科技、道氏技術、恩捷股份、新宙邦。