石榴石通式为A3B2(SiO4)3,是石榴石族矿物的总称,石榴石型电解质采用溶胶-凝胶法、固相法等工艺,利用金属原子代替石榴石中的硅原子制成,其结构与石榴石保持相同,是一种固态电解质。石榴石型电解质是目前已开发的固态电解质中发展潜力最大的产品类型之一。
锂电池是目前电池市场主流产品,采用的电解质是液态电解液,发展至今,液态锂电池的能量密度、循环寿命难以再大幅提升,并且存在燃烧爆炸的安全风险。在此背景下,固态锂电池成为发展趋势,其全部采用或者部分采用固态电解质,容量、寿命、安全性得到明显提升。在此背景下,固态电解质成为开发重点。
预计到2030年,全球固态电池需求量将接近500GWh,市场空间将达到1520亿元,固态电解质发展空间大。根据新思界产业研究中心发布的
《2024-2029年中国石榴石型电解质行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,固态电解质主要包括氧化物电解质、硫化物电解质、聚合物电解质等类型,其中,氧化物电解质现阶段在我国应用比例高,是较多电池厂商所选择的解决方案,而在氧化物电解质中,石榴石型电解质应用比例最高。
石榴石型电解质具有离子电导率高、还原电势低、化学稳定性高、热稳定性高、机械强度高等优点,内部为三维空间结构,存在四面体或者八面体空位,锂离子可以在这些空位中自由扩散实现充放电。因此,石榴石型电解质所采用材料的晶体结构、空位类型与多少,均会影响其传导性能。
锂镧锆氧(LLZO),是石榴石型氧化物固态电解质,化学式为Li7La3Zr2O12,具有高室温离子电导率、宽电化学窗口、对金属锂负极化学性质稳定等优点,综合性能较为出色,可以制备高能量密度固态锂电池,是目前研究最多的石榴石型固态电解质产品,未来市场发展潜力大。
新思界
行业分析人士表示,石榴石型电解质也存在缺点,例如易碎、界面接触恶化、锂枝晶生长等问题,对其市场进一步发展造成限制。在我国,复旦大学、北京化工大学、青岛大学、合肥工业大学、武汉理工大学等多所高校仍在进行石榴石型电解质技术研究,期望进一步提高其综合性能,进而提升固态锂电池性能。
除高校外,我国企业石榴石型电解质研究步伐也在加快。2022年5月,山东创鲁先进电池科技有限公司公开了“一种石榴石型固体电解质及其制备方法”的专利;2024年4月,北京新能源汽车股份有限公司公开了一项名为“石榴石型固态电解质及其制备方法”的专利。总的来看,我国石榴石型电解质行业发展态势良好。