5月24日，第一電動(dòng)網(wǎng)在深圳舉行“動(dòng)力電池：電動(dòng)汽車新需求——2016動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”，力圖理清動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局及需求方向，探討新時(shí)期的動(dòng)力電池挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)之策。寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司(CATL)研究院總監(jiān)梁成都博士發(fā)表了《全固態(tài)鋰金屬電池的挑戰(zhàn)與進(jìn)展》的演講，他認(rèn)為全固態(tài)動(dòng)力電池的商品化至少還需要3-5年，從現(xiàn)在看來(lái)還有材料、結(jié)構(gòu)及電池設(shè)計(jì)等諸多基礎(chǔ)問(wèn)題等待解決。

寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司(CATL)研究院總監(jiān)梁成都

梁成都博士介紹，全固態(tài)電池的研究主要有三個(gè)主題方向，一是聚合物電解質(zhì)的方向；二是基于氧化物電解質(zhì)的方向，三是基于硫化物電解質(zhì)的方向。歐洲公司在進(jìn)行以聚合物為固態(tài)的研究，日本豐田、索尼、松下公司等是基于陶瓷類電解質(zhì)加聚合物的研究，全固態(tài)電池當(dāng)前并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。從總體分布來(lái)看，固態(tài)電解質(zhì)研究分布在兩個(gè)地區(qū)，一是美洲，美國(guó)做固體的比較多；二是亞洲，集中在東南亞，做電池研究、生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)以中國(guó)、日本、韓國(guó)為主。

全固態(tài)電池最關(guān)鍵的是離子傳導(dǎo)問(wèn)題及界面兼容問(wèn)題，正極一般里面加有電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體，中間的固體電解質(zhì)起著隔膜作用。在電池的充放電過(guò)程中，離子導(dǎo)電性起關(guān)鍵作用，對(duì)電池的容量發(fā)揮，循環(huán)充放電性能，功率等特性有顯著影響。

梁成都博士說(shuō)：“固體電解質(zhì)大概分為三類，一是聚合物，二是氧化物、磷酸鹽，三是硫化物。CATL在全固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)方面有很多年的研究和積累，同時(shí)大電池的設(shè)計(jì)和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富，我們?cè)O(shè)計(jì)和國(guó)際上有一些區(qū)別，那就是在提高離子導(dǎo)電性、電池能量密度方面做了一些工作，目前處于比較早的研究階段。CATL認(rèn)為全固態(tài)電池真正能把能量密度做上去，做到300-500Wh/Kg的能量密度的話，單次充電續(xù)航里程會(huì)大大提高。這樣對(duì)于電池的循環(huán)壽命要求可能稍微短一點(diǎn)。”

聚合物固態(tài)電池最大優(yōu)勢(shì)是安全耐用，就算電池經(jīng)受穿釘，照樣可以使用，切開(kāi)、剪開(kāi)、折彎照樣可以工作，中間沒(méi)有液體，不會(huì)有流動(dòng)性。發(fā)生危險(xiǎn)后，沒(méi)有那么強(qiáng)的燃燒性，其單體能量密度和傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，還是有明顯的優(yōu)勢(shì)。法國(guó)Bolleri 公司已經(jīng)將其商業(yè)化(化學(xué)體系為L(zhǎng)i/PEO/LFP)，已經(jīng)在英國(guó)倫敦投放了3500輛城市租賃車。但是聚合物固體電解質(zhì)的導(dǎo)電性與溫度的關(guān)系很大，需要一個(gè)加熱元器件，溫度升高后，導(dǎo)電性變好，升高溫度需要消耗能量，這樣導(dǎo)致整體Pack的有效能量密度顯著下降。同時(shí)由于聚合物固態(tài)電池的功率性能較差，所以在實(shí)際使用時(shí)，需要和大功率的超級(jí)電容器配合使用。更明顯的缺陷是基于PEO的聚合物固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)穩(wěn)定窗口較窄，一般在4V以下，對(duì)應(yīng)的正極材料選擇只能是LFP。這樣其總體能量密度很難達(dá)到300Wh/kg。

很多國(guó)內(nèi)外公司和研究院所對(duì)氧化物固態(tài)電解質(zhì)也有較多研究。其中做的較深入的為美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，采用LIPON做固態(tài)電解質(zhì)，設(shè)計(jì)制作的固態(tài)薄膜鋰金屬電池，其循環(huán)壽命非常好，循環(huán)幾萬(wàn)次都沒(méi)問(wèn)題，但一旦做成大電池，使用厚電極設(shè)計(jì)的時(shí)候，循環(huán)性能就會(huì)顯著下降，無(wú)法達(dá)到應(yīng)用需求。另外對(duì)于氧化物固體電解質(zhì)，其離子電導(dǎo)率還是不夠，一系列已知的氧化物固態(tài)電解質(zhì)的室溫離子導(dǎo)電率基本都達(dá)不到10-3 S/cm 的級(jí)別，和實(shí)際應(yīng)用還有距離。

基于硫化物固體電解質(zhì)，明顯的優(yōu)勢(shì)在于其室溫離子導(dǎo)電性接近現(xiàn)在的液體電解質(zhì)，單從離子導(dǎo)電性的水平來(lái)看，已經(jīng)接近應(yīng)用的水平。日本公司最近幾年在硫化物方面的研究比較多。硫化物也是CATL的重要研發(fā)方向，主要優(yōu)點(diǎn)在于離子導(dǎo)電性較高；電化學(xué)窗口比較寬，拓寬了正極材料的選擇范圍，因而在電池化學(xué)體系選擇方面更加多樣性。

梁成都博士表示，對(duì)硫系全固態(tài)電池來(lái)說(shuō)，正極界面和負(fù)極界面存在界面反應(yīng)的問(wèn)題。對(duì)于正極界面，可以采用正極包覆修飾方法解決，而負(fù)極界面可以在鋰金屬表面形成一層穩(wěn)定的緩沖層。實(shí)際應(yīng)用中離子導(dǎo)電性還存在接觸的問(wèn)題，采用熱壓方式改善界面接觸來(lái)提高電池體系的整體離子導(dǎo)電性。硫化物接觸空氣和水的穩(wěn)定性較差，遇到水會(huì)放出劇毒的硫化氫氣體，并且很臭，如果車?yán)锍霈F(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，人承受不了。CATL對(duì)這個(gè)材料進(jìn)行了改進(jìn)研究，提高了它的穩(wěn)定性，朝產(chǎn)業(yè)化更進(jìn)一步。但制造方面是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，生產(chǎn)流程、工藝方式和傳統(tǒng)的鋰離子電池的生產(chǎn)方式完全不一樣。CATL進(jìn)行一系列的材料研究和工藝開(kāi)發(fā)，在固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化方向進(jìn)行了積極布局。

“說(shuō)到電池的生產(chǎn)工藝，大家希望全固態(tài)電池可以早點(diǎn)出來(lái)，但問(wèn)題是現(xiàn)在連生產(chǎn)設(shè)備都沒(méi)有，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。純固態(tài)的生產(chǎn)工藝過(guò)程，將來(lái)可能需要一系列的工作，即使現(xiàn)在把化學(xué)體系的研究完成了，從生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)發(fā)到設(shè)計(jì)出可使用的電池，至少還要3-5年的時(shí)間。化學(xué)體系本身還需要一個(gè)持續(xù)優(yōu)化的過(guò)程，所以我們認(rèn)為基本在五年左右，當(dāng)然不排除當(dāng)中會(huì)有突破性的東西出來(lái)?！?

當(dāng)前的市場(chǎng)需求希望采用全固態(tài)電池來(lái)解決傳統(tǒng)鋰離子電池的安全問(wèn)題，并且提高能量密度，使車可以開(kāi)得越來(lái)越遠(yuǎn)，同時(shí)電池成本降下去，CATL認(rèn)為全固態(tài)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)車用是有希望的，但是大家需要耐心等待技術(shù)成熟。

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