太藍新能源研究院戰略部總工王瑩瑩：技術創新推動固態電池產業化｜WISE2022未來能源創投新風向大會

11月29日，36氪WISE2022未來能源創投新風向大會順利舉辦。今年我們以「臨界點」為主題，聚焦新能源市場，涵蓋鋰離子電池、鈉離子電池、風電、光伏、儲能、氫能、電動汽車等多個細分場景，透過匯聚新能源產業、資本、學術等領域的朋友，全方位探討當下我國新能源市場的產業生態與發展變革，展望未來新能源產業的趨勢動向與新增長點。

太藍新能源研究院戰略部總工王瑩瑩以《技術創新推動固態電池產業化》為題，分享了電池研發從液態到固態的研發路徑。她深入對比了液態電池和固態電池研發在材料、技術、效能、成本控制等方面的優劣。基於對液態電池的深厚積累，在現有的基礎上只要實現一些關鍵的技術創新，半固態電池完全可以相容現有液態電池的產業鏈體系，實現快速投產和產業化。站在液態電池這個巨人的肩膀上，半固態電池的能量密度、安全性、倍率效能以及成本控制等方面都得到了大幅度的提升。目前從生產工藝、裝置體系以及應用場景看，半固態電池與全固態電池不在同一個賽道上，至於半固態電池最終是不是會走向全固態電池由市場說了算。

太藍新能源研究院戰略部總工 王瑩瑩

以下是王瑩瑩的演講實錄，經36氪整理編輯：

大家下午好，我是來自太藍新能源的王瑩瑩，我們是一家專門從事固態電池研發和產業化的企業。我今天帶來的彙報主題是“技術創新推動固態電池產業化”。

固態電池為什麼要代替液態電池

液態電池已經誕生30多年了，它的裝置、工藝、技術、材料體系以及整個產業鏈都非常成熟，慢慢地已經達到了理論極限（大約在300Wh/kg）。但是傳統的液態電池依然存在安全、壽命和里程焦慮等問題，目前並且沒有很好的解決辦法。安全隱患的出現有兩大因素，第一是有機電解液。液態電池的有機電解液主要由有機碳酸質類構成，這是一種易燃易爆的物質，存在著發生漏液和熱失控的風險。第二個是有機隔膜，它在電池內部微短路的時候會受熱收縮，引起進一步的大面積短路，同時鋰枝晶生長也會刺穿有機隔膜，引起短路，造成爆炸、燃燒，非常危險，所以液態電池的技術路線改進勢在必行。從液態走向固態正在成為趨勢，這一路線使用固態電解質代替有機液態電解液和隔膜，該材料的主要的優勢是不可燃，不短路，而且固態電解質可能具有很高的機械強度，鋰枝晶無法刺穿，這將大大提升電池的安全性和能量密度。

從動力電池的使用者需求來看，我們可以把固態電池做到續航里程大於800公里，在15分鐘之內可以充電到80%，成本做到低於30萬。並且消除了電解液對於電極材料的腐蝕作用，那麼它的迴圈效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於12年。另外，固態電池非常安全，這樣基於固態電池的動力汽車可以完美替代傳統的燃油車。但是固態電池技術面臨著很高的挑戰，這主要是因為固態電解質和電極之間的“固-固接觸”比較差，會產生很高的介面阻抗。另外固態電解質的體相離子電導率相對比較低。解決高的介面阻抗和低的電導率是實現固態鋰電產業化的關鍵。

固態電解質的效能從根本上決定了固態電池的效能。不同的固態電解質所具備的物理化學效能不一樣，加工成本也各不相同。比如聚合物固態電解質的生產工藝最成熟，在加工成本方面最具有優勢，因此最早實現了商業化。法國的Bolloré公司早就實現了基於聚合物固態電解質的固態電池，但是它的離子電導率比較低，倍率效能只做到了0。25C，而且它的能量密度比較低，只做到了120Wh/kg，所以它的效能上限很低。

硫化物固態電解質的離子電導率比較高，達到了約0。01西門子每釐米，和液態的電解液在同一數量級，但是它的穩定性較差，對空氣溼度比較敏感，介面反應也比較複雜，分解的產物還是有毒有害的硫化氫，所以具有地獄級的開發難度。這些電解質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效能。氧化物各方面都比較均衡，反而效能最優異，最安全可靠。目前氧化物固態電解質在生產加工方面的關鍵技術，也是太藍新能源主要攻破的技術難關。

基於對液態電池的深厚積累，現有的產業鏈體系、材料、裝置、工藝其實是可以直接升級到半固態電池的，並且效能可以得到大幅度提升。在現有的基礎上只要實現一些關鍵的技術創新，半固態電池完全可以相容液態電池的產業鏈體系。基於成熟的工藝，其研發成本可控，還可以實現大規模的應用。

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

固態電池產業化的關鍵問題

所以站在液態電池這個巨人的肩膀上，半固態可以做出更好、更快、更安全的電池。以我們太藍新能源半固態電池為例，我們的半固態鋰電池相對於液系電池，整體效能得到了大幅提升，安全性提高了，續航里程提高了，倍率效能也提高了。複用原來液態電池的成熟工藝，半固態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。太藍的半固態電池可以相容現有的正負極材料主材、粘結劑等輔材，甚至是電芯型號體系，透過就地取材，無需額外的研發成本。

固態電池的技術路徑有很多，固態電解質的材料體系就有聚合物體系、氧化物體系和硫化物體系。結構設計方面也是多樣化的，有塊材型、薄膜型、陶瓷複合隔膜、有機無機複合。還有基於原位固化技術和無負極技術等。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，負極現在也漸漸由石墨升級到了矽系列的負極、矽氧、矽碳還有矽氧+碳等，以後會慢慢升級到鋰金屬。目前還有一些公司正在開發無負極固態電池。

綜合來說想要實現固態電池產業化，最根本的關鍵是對技術路線和材料體系要有一個很好的成本控制能力。同時要綜合實現安全性、能量密度，充放電速度等方面的平衡，從而實現最優效能。另外透過解決電解質與電極介面阻抗的問題，可以慢慢摒棄液系的隔膜和電解液，將現有技術路徑直接拓展至全固態產線。最後，需要一個很強的研發、管理團隊來實現固態電池的產業化。

這裡跟大家分享一下太藍新能源的研發經驗和體會。我們總結了固態電池產業化需要解決的三個主要問題。

第一，材料體系設計問題。解決產業化問題就必須設計出一個更好的固態電解質體系。這一體系要具備更好的離子電導率、更好的穩定性、更高的機械強度。同時，這一體系的生產加工成本要更低，且與正負極材料體系相容，達到綜合性能最優並且成本可控。

第二，因為固態電解質跟正負極電極之間的“固-固接觸”比較差，介面阻抗比較高，解決介面阻抗問題也是生產固態電池的一個必要條件。

第三，最關鍵的是所選的技術路線和材料體系是不是能規模化量產，因為固態電池結構的工藝設計直接決定了固態電池的生產效率和生產成本。

我們太藍新能源透過材料創新啟用了高效能氧化物固態電解質，該電解質具有很高的離子電導率和機械強度。並且材料表面建立了介面柔性層，實現了電解質與電極的良好接觸。該體系可以很好解決離子電導率和介面阻抗的問題。我們透過工藝創新定製了新的裝置，研發出了電解質超薄膜製備技術和介面柔化技術，並且相容現有液系電池的工藝體系，可以快速投產。透過攻克電導率和介面阻抗的問題，我們的固態電池能量密度得到了大幅提升，現在已做到了300-350Wh/kg，已經升級到400Wh/kg，倍率效能大幅度提升，達到6C。我們的產線可以慢慢減少液態電解液的使用，平滑地邁入全固態。所產電池壽命已經提升至大於1500次迴圈，生產成本也在慢慢降低。

在此和大家介紹一下我們公司當前的研發狀態以及中長期的規劃。我們的研發總部在北京，在重慶和安徽都有半固態的中試線和產線，明後年我們將繼續拓展10GWh+的半固態量產線建設，打通上下游產業鏈；中期將繼續發展20GWh+的動力和儲能半固態電池量產線建設，也會佈局GWh的全固態量產線；長期來看我們會加速擴張產能，中試線和產線，希望能夠實現生產基地的全球化佈局，能做到100GWh的固態量產線建設。

最後感謝我們的投資人，我們的固態電池一定會越做越好。先定一個小目標：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，謝謝關注。