固态锂电池材料与电池技术开发进展——锋锂新能源创始人许晓雄
锂电动态
我们做固态电池做了很多年，现在朝着产业化一直在做，前面几个演讲感觉好像很、很有发展，刚才晓非讲的很好，越做越难，我们整个团队定位在半固态电池技术的团队，把这个东西要变成产品。
现在赣锋锂业这个平台下开发，借这个机会给大家做下广告，赣锋锂业集团现在包括五个板块，电池只是其中一个板块，大家可以看到是一个全产业链的布局，从资源到材料一直到电池到回收。
电池这方面开始逐渐地剥离出来，赣锋锂业只是我们控股股东，电池这块现在也是有很多方面，从小电池消费类的到储能电池、动力电池以及工业车辆的电池等等。固态很多技术现在主要还是在面向于动力的应用做一些产品开发。我们有些消费类的电子产品也有固态化的技术进行导入，这也是我们的一个优势，在每个方面都希望将固态用上。
产业概况
动力整个进展就不说了，前面已经讲的很详细了，主要是大家知道的里程焦虑和安全担忧。将这两个问题都要解决实际上还是有一定的挑战，尤其是在提升能量密度，液态方面也有很多思路，随着能量密度的提升，同时兼顾能量密度与安全性，这是一个基本的体现。因为理论上能量密度越高，安全性越差，我们认为高安全、高能量密度兼顾的技术还是靠固态整个技术路线来实现。
后面我会详细讲，大家现在都认为固液混合也好、半固态也好，可能是过渡阶段，不管是过渡阶段还是重要的发展阶段也好，在解决现有动力电池的安全性方面确实表现出了明显的优势，这只是电芯层面的安全。电芯层面的安全很重要，当然用到车上还要涉及到电池包层面的安全。
现在，固态电池已经实现的一些应用领域包括车上能够看到的相关的案例，在非车领域像家储、机器人、消费电子以及陆陆续续大家可以看到相关产品逐步导入量产，今年我们相信很多产品都会实现应用。
全固态电解质电池
我们理解的是，固态电池现在严格来分包括两类。一个是为什么提出混合电解质这个电池，主要还是前些年市面上包括了很多概念，半固态、纯固态、类固态等等，可以由混合固液的概念将这些类全部包括在一起，不是说混合态和半固态是一个独立，应该还是一个兼容的关系，让大家更容易来理解它。最近又出现了一个说法半液态，我听到这个概念也是半固态和半液态的讲法又不一样，我还是在进一步学习之中。
按照这样来看，全固态肯定是一个方向，混合态现在也是一个重要的类型，这样的电池就分为液态电池、混合固液和全固态三类。全固态是我早期也跟大家分享的，主要是包括三个路线：聚合固态、硫化物和氧化物的，我们现在跟他们交流发现他们也走向混合态了，真的做全固态可能要解决很多的一些产品问题、量产问题。
根据我们做这么多年产业化的经验总结，我个人的观点是全固态在短期内可能得到规模化应用还是挑战非常大，尤其是在动力方面的应用，现在越做感觉可能越艰难。其实真正来说全固态的三大路线：聚合物、氧化物、硫化物三个路线的发展不是这几年发展起来的，是在三十年前发展起来的，它只是一个技术路线还不是迭代或者革命性、原理性的创新，它的工作原理跟锂离子电池还是一致。
1、聚合物
你在实现器件的过程中会发现，聚合物的路线问题是产业化这么多年一直都在做，一直也没有解决，要突破，难就在这里，主要是在科学层面它的电导率低（尤其是室温下），在高温下高一点，但是它也没有办法加热。三元这样一个正极作为器件的应用，它容易氧化，所以导致整个聚合物路线整个产品能量密度不高，虽然现在已经在应用，据说今年会稍微有点扩大，因为戴姆勒可能也会尝试做一些示范。但是就是因为这样一个问题导致了他没有办法将能量密度提升，甚至250Wh/kg以上可能都比较艰难。
2、硫化物
硫化物刚才一汽、东风都讲了，这个问题是实实在在存在的，我们没有办法回避，而且这些问题现在已经逐渐演变成产业化的问题而不是技术的问题，技术上大家觉得我做成一个样本是可行的，产业化怎么实现？比如说硫化物的稳定性，比如说硫化物的腐蚀、毒性以及成本，将硫化物电解质这个成本降到50万/吨以下，我只能讲这是一个梦想。梦总是要有的，万一实现了，如果给一个期限有可能是一万年。很简单的一个道理，硫化锂的制备是靠碳酸锂到金属锂再到硫化锂，赣锋锂业是做金属锂全球最大的企业，金属锂的成本在硫化锂里是占1/3的比重，金属锂100万/吨已经是一个极限了，仅仅金属锂的用量就要30万/吨。还有其他的工艺以及不稳定性的控制，要做到50万/吨，挑战特别大，我们的目标是希望能够把它做到100万/吨，也感觉挑战比较大，估计也不赚钱。
现在工艺上更多的还是在走干法工艺，电池一致性怎么控制，制备效率怎么提升，这些都会影响成本。所以湿法工艺现在最大的挑战就是硫化物材料本身的特异性是腐蚀性太强，设备很多是不锈钢类，它的腐蚀性太强会导致可能用一段时间整个设备精度会全部变化，这也导致它的成本会比较高。我是2011年回国开始做硫化物，现在越做我发现它到应用确实挑战比较大。
3、氧化物
一、产品一致性，氧化物做全固态是以陶瓷品片的形式来用，整个陶瓷片要以烧结，烧结出来一致性怎么控制，现在的极限做到20微米的厚度已经是非常厉害了。中国没有谁能做到，这是一个精密制造比半导体、光刻机要求不会低的技术，将一个陶瓷的材料，片体做的像A4纸这么薄而且还有柔性，还要保持它的低成本和一致性，这个我觉得几乎不可实现。
大家可以想象厚度不是1微米和2微米的差距，而是要达到100个纳米的厚度差异来实现一致性，大家想1个微米差异导致厚度在19微米到21个微米，它的电阻是完全不一样，相差20%。大家想想电池内部内阻相差20%，那是没有办法做成组的，2%有时候都接受不了。这是在材料层面的挑战。
二、加工成本，是从上到下，先做出厚的再进行精细的抛光工艺来做，这个成本挑战也是很大。最终整个全电池连续化高效制备工艺我们一直跟一家公司有沟通，他们也确实遇到了这个问题，这也是现在做产业化也必须要面临的一个事情。所以这些问题实际上大家在做的过程中会发现到一个阶段一定会遇到，这些问题现在又挺难解决。我是感觉全固态尤其是用在车上太难，用到电子产品作为一个电池电芯来用，还是有一定的可能性，但是用在车上挑战比较大。
混合固液电解质电池
1、技术选择
我们认为混合固液可能在车上的应用还是比较客观的，现在做的不是技术层面，技术只是其一，好技术不一定是好产品，好产品不一定是好市场，你作为市场层面要做一个技术的话你至少要满足动力电池，我相信在座很多是专业的内行，七个维度起码要基本满足，能量密度、功率特性、循环寿命、工作稳定、安全性、量产、成本，如果这七个维度做的不均匀或者做不到的话，我估计很难做成一个赚钱的产品。
所以像这样来比较的话，我们发现混合固液做的整个产品是做固态电池，首先肯定要做高比能，高比能就是要三元为正极，既然是这样的三元正极体系的电池跟现有的钛酸锂、磷酸铁锂、常规的液态三元比的话，综合性来讲还是离产品或者市场还是比较近的，每个都不是最好但是不偏科。按这样来说就有点做头，最近我们在更多应用上开始放量，今年我相信对赣锋锂业来说我们的混合固液第一代可能会在很多主机厂进行导入、应用，而且进行放量，主要还是乘用车再加一些特殊领域的应用。
我们现阶段先解决的是技术问题，技术做好，但是成本怎么样，现在说实话做了这么多年就是在解决降本这一个问题，现在算下来在BOM成本上基本上达到了跟液态三元比较接近或者稍微低，低的也是可以忽略不计。这正是做到了这一点，我们现在才进行导入。
总结来讲，作为高比能动力电池未来的发展，全固态在未来的应用，站在我个人的层面还看不到突破的希望，尤其是已经商业化应用的聚合物路线越做可能市场越小，氧化物和硫化物到底是哪种路线现在好像也不确定，大家都在做，国内比较看好的是硫化物这个路线，整个自动化工艺硫化物是湿法做还是干法做还是干湿结合也没有一个明确的说法。这个不明确的话最后走向产业化还是有一定的挑战。
2、专利保护
同时我们必须要认识到，在全固态这方面中国在专利和知识产权的布局远远不如日本、欧洲或者是韩国，尤其是日韩，你真正做了技术出来，未来是不是一个隐患，我觉得是要时间来考验的。
混合固液大家要看到这个现实，混合固液或者现在认为的半固态我们认为现在国内基本上技术路线已经趋同，都是用氧化物为电解质的路线。核心材料、自动化装备、完整的专利体系这已经形成了，我们认为这是一个中国知识产权的技术，所以我觉得值得去做它，国家为什么这几年支持的力度越来越大也能够看到。同时在定义上哪怕是加一滴液体我们也还是认为它是混合固液态，按照严格的定义来说未来的动力电池真正的发展就是朝着一个降液的方向做。
3、企业进展
（1）材料
讲讲我们的进展，做混合固液首先还是要做材料，氧化物现在能够做几类材料，我们做的产品电导率能够达到1.2mS/cm。第二个LLZO现在能够做到1.5 mS/cm，硫化物现在基本上能够超过10 mS/cm，同时我们也能做电解质陶瓷片和基于氧化物的柔性固态隔膜，这个现在基本上已经量产了。材料这块是对外销售的，大家有需要可以向我们进行采购。
（2）电池
电池方面现在形成了三大类产品：
一、是基于特殊领域应用和电子产品应用的小容量的240Wh/kg的固液混合的电池，
二、是基于家储应用中等容量的软包40Ah左右的，现在根据客户需求是25-40Ah都有。
三、是面向乘用车应用的主要是两个产品，350和590，现在我们主要以590尺寸为主的第一代产品。
我们基本上是按照车规的要求，针刺、过充、加热，加热现在是做到150度。现在我的针刺是能够通过5毫米，过充1.5倍，挤压能够超过40%变形量，短路这些都是比较严苛的，室温下1C循环能做到接近3000次，同时我们45℃的高温循环满存满放1C是2100次，所以在安全性方面可能还是体现出了整个优势。
（3）模组
模组层面的开发，现在是390和590两款产品，已经初步定型，开始批量供货。
（4）应用
应用上，新能源汽车的应用现在已订单在做，现在在忙着交付。像家储、机器人整个应用也比较大的需求。
（5）迭代
迭代技术，我们主要做电池，高比能就是做金属锂，主要是在供应链上有金属锂整个材料供应，大家一直担忧的是安全，一说起金属锂，就谈金属锂要色变，实际上刚开始做这块心里也是没底的，所以我们做了大量的工作。
我们认为基础的科学问题可能还是有一些，现在做产品主要有五个方面：
一、是安全；
二、是核心材料供应的稳定，即金属锂负极、锂氮、电解质材料，
三四、是基于这样一个技术路线设备和工艺的开发，
五、再者是性能，主要是倍率和循环。
我们现在认为前面三个基本上已经解决，后面工艺方面相信今年完全能够解决，性能方面我们相信还有提升的空间，还是不够，真正要达到应用的话要达到1200次的循环，我们现在只能达到800多次，接近1000次，450的是400次，而且这还是研发方面，性能方面我们觉得还是不错的，比如快充快放，能够做到4C的放电、1C的充电，零下20度的低温。
安全性，热稳定性都没有问题，同时全生命周期的安全，100次循环、200次循环、300次循环的寿命，我们基本上做到最小容量是70Ah，现在能够做到超过500次的循环，能够接近600次，现在590尺寸最大能做到170Ah，能够有一系列选择，这是我们现在重点产业化在推进的。
总结
我还是认为全固态最终在动力会不会走到这一步，觉得可能还看不清楚，希望到2030年能够真的有产品出来，混合固液我觉得可能在动力上将是未来必然趋势，它的趋势发展就是朝着液体含量逐步降低方向去做，同时将能量密度逐步提升，并且可以看到整个技术路线已经朝着一个技术趋同、产业化逐步放量阶段发展，并且认为它可能在动力方面绝非一个过渡态，我觉得这一块还是希望给大家一个明确的判断和观点，供大家参考。
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