固态电池专家交流纪要0723

固态电池专家交流纪要0723

摘要
会议深入讨论了固态电池技术的发展现状与未来趋势。自2014年以来，固态电池技术快速发展，尤其受到丰田等企业的积极推动。技术路线与挑战方面，美国、日本与中国大陆均在积极推进固态电池技术，其中中国大陆的企业如渭南和青岛在半固态电池领域展开重点研究，着力于高能量密度材料的开发与技术创新。安全性与成本问题是固态电池技术面临的主要挑战，复合铝箔与新型隔膜材料等解决方案正在被开发以提高电池性能。特斯拉和ATL等公司采用硅碳材料以提升电池能量密度。随着产业趋势向硅碳材料发展，快充成为重要发展方向之一。然而，半固态电池技术仍面临碳材料选择、设备安全性和产能提升等挑战。宁德时代等公司在半固态电池技术上的研究与布局显示出对未来电池技术发展潜力的乐观预期。讨论还涉及了电动无人机、航空领域对电池安全性要求，以及快充技术对电池性能的影响，预示着固态电池技术将在未来多个领域有着广泛的应用前景。

问答

问：能否请您简要介绍一下国内外固态电池的发展情况及产品差异？

答：固态电池从约2014年开始升温，其中日本丰田引领了一波专利热潮。海外发展相对较早，技术路线更为激进，尤其美国的Penner Cape公司采用独特的烧结薄膜路线，技术壁垒较高。相比之下，国内起步较晚，主要以半固态为主，采用氧化物和聚合物结合的方式，如渭南和青岛地区的企业。而台湾地区的惠能则是类似路线。此外，美国和日本部分企业采用铝化物路线和其他特定技术路径。

问：国内现在半固态电池的技术现状如何？与锂电池相比有哪些关键材料上的差异？

答：国内当前以渭南和青岛为代表的企业在追求高能量密度（至少350Wh/kg）的同时，对负极材料进行了改良，必须使用硅氧或硅碳材料作为替代品，而正极则倾向于采用高镍8系及以上材料。虽然这两种材料在国内使用不多，但在日韩企业和部分初创企业中得到应用。此外，由于固态电池对安全性要求更高，如集流体采用复合铝箔等新材料可以提升安全性并减轻重量，同时新型隔膜（如高温稳定性的涂层）、粘接剂和复合材料也在逐步发展中。

问：半固态电池为何要做半固态，以及其作用是什么？实现半固态电池的方式有哪些？

答：半固态电池的主要目的是为了提升电池的安全性和能量密度。在现有体系中，若要将能量密度调至350 Wh/kg以上，则需采用具有更高安全性（例如低于20%）的半固态技术。一种方法是通过使用固态电解质来替代部分液态电解质，比如利用氧化和固态电解质材料来改善传统锂电池的安全特性。此外，另一种实现方式是采用原位固化的工艺，即将聚合物单体与电解液混合注入电池内部，在一定条件下使单体聚合并固化电解液，形成类似果冻状的凝胶电解质。

问：目前聚合物单体是否由电解液厂家自行生产？

答：目前情况下，大多数电解液厂商并不自行生产聚合物单体，因为该市场的规模尚未达到足够大的程度。聚合物单体通常由丙烯酸酯类的小分子或共聚物提供，并非所有常见材料都能满足需求，部分初创公司正在研究开发适合的新型聚合物单体。

问：关于隔膜材料的选择和技术路径，是否有明确的定论？

答：目前关于隔膜材料的选择（如纳米纤维），尚无明确定论。虽然纳米纤维的性能可能优于传统方案，但从热收缩角度分析，两者间的性能差异不大。在成本方面，纳米纤维因其生物质性质而理论上应具备更低的成本优势。

问：复合铝箔在当前主流电池中是否被广泛应用以增强安全性？

答：根据已知信息，一些知名电池制造商如宁德时代已在旗舰电池中采用了复合铝箔。但对于一些专注于半固态电池研发的公司而言，目前看来并未大规模应用复合铝箔，仍主要采用普通铜箔或其他形式的隔离材料。

问：今年初相比，您认为国内半固态电池产业链推广的状态如何？是否处于加速发展阶段，或者行业量能何时能真正大规模释放？

答：目前来看，国内半固态电池产业链正处于逐步加速的阶段。但由于其成本显著高于常规锂电池，只有在高端市场或消费者拥有较高购车预算的情况下，才会倾向于选择使用这种新型电池体系。

问：对于消费电子产品和动力类产品，目前对半固态电池的导入情况有何不同？

 答：动力类产品对半固态电池的需求较大，尤其是快充功能的需求，而消费电子类产品中，虽然也存在对手机电池轻薄化的趋势，但对于快速充电等性能的需求并不强烈，因此整体吸引力不如动力类产品明显。

问：能否评价一下宁德时代的半固态电池布局及其在业界的地位？

答：宁德时代几年前就提出了凝聚态电池的概念，并且拥有多支研究团队专注于半固态及全固态电池的研发。尽管他们提出能在载人飞行器上应用零基态电池（预计达到5Wh/kg的能量密度），但这条路面临高度安全性要求和技术挑战。同时，宁德时代的技术路线与其他公司在本质上并无太大区别，且其还在探索不同的路线以寻求突破。

问：半固态电池当前的成本水平是多少，以及在未来小规模量产时的成本预估是怎样的？

答：当前半固态电池的成本范围大约在八毛钱至一块钱之间，实际价格受供应链成熟程度影响，硅碳材料成本约为每公斤800元左右。根据现有技术水平和良率计算出来的BOM成本大约在这个范围内。

问：目前市场上哪些厂家正在尝试使用硅碳材料并具备量产能力？

答：国内一些半固态电池制造商如威能和辉腾均采用硅碳材料作为负极材料，其中辉腾的掺杂比例相对较低，约为15%至10%。但需要注意的是，尽管部分企业已经开始量产，但在实际应用过程中仍存在良率偏低等问题，导致实际成本较高，且存在一定安全隐患。

问：目前半固态电池电解液浓度是否达到要求以确保安全？

答：目前蔚蓝等公司的电解液浓度大约在15%左右，离理论上的10%以下的安全标准还有一段距离。

问：电解液占比对于电池安全性的重要性体现在哪里？

答：电解液占比越低，电池就越安全。这是因为电解液中含有的液体越多，在相同体积内储存的能量越多，若短时间内释放，则危害越大。

问：能否具体说明一下电解液在电芯中的占比范围？

答：电解液占比通常在15%以上，但理论上要降到10%以下才算安全。而液态电池一般在10%-20%以上。

问：固态电池相较于传统液态电池的安全性如何？

答：固态电池由于电解液较少，理论上更加安全。但在实际应用中，由于技术限制和材料不足等问题，现阶段仍可能存在安全隐患。

问：硅碳材料能否实现大规模应用以及何时可能出现爆发增长？

答：硅碳作为一种高性能材料，在电动车领域应用前景广阔，尤其是在圆柱形电池中具有优势。然而，其何时能真正大规模爆发增长取决于市场需求，特别是消费者对于长续航里程电池包的需求推动程度。

问：专家您好，能否请您进一步说明下游需求特别是高端电信领域对电池高能量密度的要求及成本接受度是否更高？

答：是的，对于高端电信设备来说，由于其功能性和移动性强，对高能量密度的需求是非常迫切且强烈的。他们相较于传统设备，更愿意接受成本上的投入，只要能提供所需的功能和服务。

问：目前在低空飞行领域中，他们对电信电池的需求情况如何？是否也能采用普通电芯？

答：他们对电信电池的需求相比地面设备更为迫切，但由于航空行业的严格安全性要求，即使使用普通电芯也无法满足标准，因此目前他们在探索多种解决方案，例如三换电系统来保证安全。

问：关于宁德提出的2027年让电信电池上飞机的目标，您对此有何看法？现在宁德主要使用的电池技术是什么？能否达到500瓦时每公斤的能量密度？

答：个人认为这个目标可能有些过于乐观，尤其是在涉及载人飞行器的情况下，挑战较大。不过我仍然希望他们能够成功，虽然目前进展较为缓慢。宁德采用了特殊的材料组合和技术来实现这一目标，具体细节保密性较强，外界对其技术和材料猜测颇多，但普遍认为可能是采用了一种新型负极材料，并结合高镍或富锂锰基正极材料，但这需要更多时间和验证。

问：国内是否有做得相对较好的富锂锰基材料供应商？

答：据我所知，目前国内在这方面并未出现特别突出的厂家，几家大企业在富锂锰基材料方面处于前沿，但性能仍需进一步提升。此外，聚合物电解质方面尚无大型企业涉足，主要是一些小型初创公司正在研究开发相关产品。