11月29日，36氪WISE2022未來能源創(chuàng)投新風(fēng)向大會順利舉辦。今年我們以「臨界點(diǎn)」為主題，聚焦新能源市場，涵蓋鋰離子電池、鈉離子電池、風(fēng)電、光伏、儲能、氫能、電動汽車等多個細(xì)分場景，通過匯聚新能源產(chǎn)業(yè)、資本、學(xué)術(shù)等領(lǐng)域的朋友，全方位探討當(dāng)下我國新能源市場的產(chǎn)業(yè)生態(tài)與發(fā)展變革，展望未來新能源產(chǎn)業(yè)的趨勢動向與新增長點(diǎn)。

(相關(guān)資料圖)

太藍(lán)新能源研究院戰(zhàn)略部總工王瑩瑩以《技術(shù)創(chuàng)新推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化》為題，分享了電池研發(fā)從液態(tài)到固態(tài)的研發(fā)路徑。她深入對比了液態(tài)電池和固態(tài)電池研發(fā)在材料、技術(shù)、性能、成本控制等方面的優(yōu)劣?；趯σ簯B(tài)電池的深厚積累，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上只要實(shí)現(xiàn)一些關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新，半固態(tài)電池完全可以兼容現(xiàn)有液態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈體系，實(shí)現(xiàn)快速投產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化。站在液態(tài)電池這個巨人的肩膀上，半固態(tài)電池的能量密度、安全性、倍率性能以及成本控制等方面都得到了大幅度的提升。目前從生產(chǎn)工藝、設(shè)備體系以及應(yīng)用場景看，半固態(tài)電池與全固態(tài)電池不在同一個賽道上，至于半固態(tài)電池最終是不是會走向全固態(tài)電池由市場說了算。

太藍(lán)新能源研究院戰(zhàn)略部總工 王瑩瑩

以下是王瑩瑩的演講實(shí)錄，經(jīng)36氪整理編輯：

大家下午好，我是來自太藍(lán)新能源的王瑩瑩，我們是一家專門從事固態(tài)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。我今天帶來的匯報主題是“技術(shù)創(chuàng)新推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化”。

固態(tài)電池為什么要代替液態(tài)電池

液態(tài)電池已經(jīng)誕生30多年了，它的設(shè)備、工藝、技術(shù)、材料體系以及整個產(chǎn)業(yè)鏈都非常成熟，慢慢地已經(jīng)達(dá)到了理論極限（大約在300Wh/kg）。但是傳統(tǒng)的液態(tài)電池依然存在安全、壽命和里程焦慮等問題，目前并且沒有很好的解決辦法。安全隱患的出現(xiàn)有兩大因素，第一是有機(jī)電解液。液態(tài)電池的有機(jī)電解液主要由有機(jī)碳酸質(zhì)類構(gòu)成，這是一種易燃易爆的物質(zhì)，存在著發(fā)生漏液和熱失控的風(fēng)險。第二個是有機(jī)隔膜，它在電池內(nèi)部微短路的時候會受熱收縮，引起進(jìn)一步的大面積短路，同時鋰枝晶生長也會刺穿有機(jī)隔膜，引起短路，造成爆炸、燃燒，非常危險，所以液態(tài)電池的技術(shù)路線改進(jìn)勢在必行。從液態(tài)走向固態(tài)正在成為趨勢，這一路線使用固態(tài)電解質(zhì)代替有機(jī)液態(tài)電解液和隔膜，該材料的主要的優(yōu)勢是不可燃，不短路，而且固態(tài)電解質(zhì)可能具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，鋰枝晶無法刺穿，這將大大提升電池的安全性和能量密度。

從動力電池的用戶需求來看，我們可以把固態(tài)電池做到續(xù)航里程大于800公里，在15分鐘之內(nèi)可以充電到80%，成本做到低于30萬。并且消除了電解液對于電極材料的腐蝕作用，那么它的循環(huán)性能和使用壽命都會增加，我們可以將電池的使用壽命做到大于12年。另外，固態(tài)電池非常安全，這樣基于固態(tài)電池的動力汽車可以完美替代傳統(tǒng)的燃油車。但是固態(tài)電池技術(shù)面臨著很高的挑戰(zhàn)，這主要是因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)和電極之間的“固-固接觸”比較差，會產(chǎn)生很高的界面阻抗。另外固態(tài)電解質(zhì)的體相離子電導(dǎo)率相對比較低。解決高的界面阻抗和低的電導(dǎo)率是實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

固態(tài)電解質(zhì)的性能從根本上決定了固態(tài)電池的性能。不同的固態(tài)電解質(zhì)所具備的物理化學(xué)性能不一樣，加工成本也各不相同。比如聚合物固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)工藝最成熟，在加工成本方面最具有優(yōu)勢，因此最早實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。法國的Bolloré公司早就實(shí)現(xiàn)了基于聚合物固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池，但是它的離子電導(dǎo)率比較低，倍率性能只做到了0.25C，而且它的能量密度比較低，只做到了120Wh/kg，所以它的性能上限很低。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率比較高，達(dá)到了約0.01西門子每厘米，和液態(tài)的電解液在同一數(shù)量級，但是它的穩(wěn)定性較差，對空氣濕度比較敏感，界面反應(yīng)也比較復(fù)雜，分解的產(chǎn)物還是有毒有害的硫化氫，所以具有地獄級的開發(fā)難度。這些電解質(zhì)都有各自的硬傷和短板，而他們的最短板恰恰決定了電池的最終性能。氧化物各方面都比較均衡，反而性能最優(yōu)異，最安全可靠。目前氧化物固態(tài)電解質(zhì)在生產(chǎn)加工方面的關(guān)鍵技術(shù)，也是太藍(lán)新能源主要攻破的技術(shù)難關(guān)。

基于對液態(tài)電池的深厚積累，現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)鏈體系、材料、設(shè)備、工藝其實(shí)是可以直接升級到半固態(tài)電池的，并且性能可以得到大幅度提升。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上只要實(shí)現(xiàn)一些關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新，半固態(tài)電池完全可以兼容液態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈體系?；诔墒斓墓に嚕溲邪l(fā)成本可控，還可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

但是全固態(tài)電池是不是半固態(tài)的最終路線？我們可以從工藝上來說，全固態(tài)要啟用全新的工藝設(shè)備體系，成本會非常高，而且全固態(tài)的很多關(guān)鍵科學(xué)問題還沒有解決，如界面阻抗、界面反應(yīng)、鋰枝晶生長等問題。而且市場需求也決定了半固態(tài)跟全固態(tài)的應(yīng)用場景不一樣，所以半固態(tài)電池和全固態(tài)電池本身就不在同一個賽道，全固態(tài)電池目前還處在一個講故事的階段。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵問題

所以站在液態(tài)電池這個巨人的肩膀上，半固態(tài)可以做出更好、更快、更安全的電池。以我們太藍(lán)新能源半固態(tài)電池為例，我們的半固態(tài)鋰電池相對于液系電池，整體性能得到了大幅提升，安全性提高了，續(xù)航里程提高了，倍率性能也提高了。復(fù)用原來液態(tài)電池的成熟工藝，半固態(tài)鋰電池的良品率很高。同時減少了隔膜和電解液等直接材料的使用，成本大幅度降低。太藍(lán)的半固態(tài)電池可以兼容現(xiàn)有的正負(fù)極材料主材、粘結(jié)劑等輔材，甚至是電芯型號體系，通過就地取材，無需額外的研發(fā)成本。

固態(tài)電池的技術(shù)路徑有很多，固態(tài)電解質(zhì)的材料體系就有聚合物體系、氧化物體系和硫化物體系。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也是多樣化的，有塊材型、薄膜型、陶瓷復(fù)合隔膜、有機(jī)無機(jī)復(fù)合。還有基于原位固化技術(shù)和無負(fù)極技術(shù)等。主材劃分方面也是多樣化的，正極主材包括：三元鋰，磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰，負(fù)極現(xiàn)在也漸漸由石墨升級到了硅系列的負(fù)極、硅氧、硅碳還有硅氧+碳等，以后會慢慢升級到鋰金屬。目前還有一些公司正在開發(fā)無負(fù)極固態(tài)電池。

綜合來說想要實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，最根本的關(guān)鍵是對技術(shù)路線和材料體系要有一個很好的成本控制能力。同時要綜合實(shí)現(xiàn)安全性、能量密度，充放電速度等方面的平衡，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。另外通過解決電解質(zhì)與電極界面阻抗的問題，可以慢慢摒棄液系的隔膜和電解液，將現(xiàn)有技術(shù)路徑直接拓展至全固態(tài)產(chǎn)線。最后，需要一個很強(qiáng)的研發(fā)、管理團(tuán)隊(duì)來實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。

這里跟大家分享一下太藍(lán)新能源的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和體會。我們總結(jié)了固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化需要解決的三個主要問題。

第一，材料體系設(shè)計問題。解決產(chǎn)業(yè)化問題就必須設(shè)計出一個更好的固態(tài)電解質(zhì)體系。這一體系要具備更好的離子電導(dǎo)率、更好的穩(wěn)定性、更高的機(jī)械強(qiáng)度。同時，這一體系的生產(chǎn)加工成本要更低，且與正負(fù)極材料體系兼容，達(dá)到綜合性能最優(yōu)并且成本可控。

第二，因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)跟正負(fù)極電極之間的“固-固接觸”比較差，界面阻抗比較高，解決界面阻抗問題也是生產(chǎn)固態(tài)電池的一個必要條件。

第三，最關(guān)鍵的是所選的技術(shù)路線和材料體系是不是能規(guī)模化量產(chǎn)，因?yàn)楣虘B(tài)電池結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計直接決定了固態(tài)電池的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。

我們太藍(lán)新能源通過材料創(chuàng)新啟用了高性能氧化物固態(tài)電解質(zhì)，該電解質(zhì)具有很高的離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度。并且材料表面創(chuàng)建了界面柔性層，實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)與電極的良好接觸。該體系可以很好解決離子電導(dǎo)率和界面阻抗的問題。我們通過工藝創(chuàng)新定制了新的設(shè)備，研發(fā)出了電解質(zhì)超薄膜制備技術(shù)和界面柔化技術(shù)，并且兼容現(xiàn)有液系電池的工藝體系，可以快速投產(chǎn)。通過攻克電導(dǎo)率和界面阻抗的問題，我們的固態(tài)電池能量密度得到了大幅提升，現(xiàn)在已做到了300-350Wh/kg，已經(jīng)升級到400Wh/kg，倍率性能大幅度提升，達(dá)到6C。我們的產(chǎn)線可以慢慢減少液態(tài)電解液的使用，平滑地邁入全固態(tài)。所產(chǎn)電池壽命已經(jīng)提升至大于1500次循環(huán)，生產(chǎn)成本也在慢慢降低。

在此和大家介紹一下我們公司當(dāng)前的研發(fā)狀態(tài)以及中長期的規(guī)劃。我們的研發(fā)總部在北京，在重慶和安徽都有半固態(tài)的中試線和產(chǎn)線，明后年我們將繼續(xù)拓展10GWh+的半固態(tài)量產(chǎn)線建設(shè)，打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈；中期將繼續(xù)發(fā)展20GWh+的動力和儲能半固態(tài)電池量產(chǎn)線建設(shè)，也會布局GWh的全固態(tài)量產(chǎn)線；長期來看我們會加速擴(kuò)張產(chǎn)能，中試線和產(chǎn)線，希望能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)基地的全球化布局，能做到100GWh的固態(tài)量產(chǎn)線建設(shè)。

最后感謝我們的投資人，我們的固態(tài)電池一定會越做越好。先定一個小目標(biāo)：到2025年之前，我們的電池單體能量密度能做到400-500Wh/kg。

謝謝大家，謝謝關(guān)注。

關(guān)鍵詞： 電解質(zhì)的 能量密度 技術(shù)創(chuàng)新