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充电设施不足的短板亟须补齐。5月17日，国家发改委、国家能源局发布《对于加快推进充电基础设施建设 更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见》(以下简称《意见》)。《意见》提到，加快实现适宜使用新能源汽车的地区充电站“县县全覆盖”、充电桩“乡乡全覆盖”。太蓝新能源研究院战略部总工王莹莹：技术创新推动固态电池产业化｜WISE2022未来能源创投新风向大会原创2022-11-30 17:24·36氪11月29日，36氪WISE2022未来能源创投新风向大会顺利举办。今年我们以「临界点」为主题，聚焦新能源市场，涵盖锂离子电池、钠离子电池、风电、光伏、储能、氢能、电动汽车等多个细分场景，通过汇聚新能源产业、资本、学术等领域的朋友，全方位探讨当下我国新能源市场的产业生态与发展变革，展望未来新能源产业的趋势动向与新增长点。太蓝新能源研究院战略部总工王莹莹以《技术创新推动固态电池产业化》为题，分享了电池研发从液态到固态的研发路径。她深入对比了液态电池和固态电池研发在材料、技术、性能、成本控制等方面的优劣。基于对液态电池的深厚积累，在现有的基础上只要实现一些关键的技术创新，半固态电池完全可以兼容现有液态电池的产业链体系，实现快速投产和产业化。站在液态电池这个巨人的肩膀上，半固态电池的能量密度、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。目前从生产工艺、设备体系以及应用场景看，半固态电池与全固态电池不在同一个赛道上，至于半固态电池最终是不是会走向全固态电池由市场说了算。太蓝新能源研究院战略部总工 王莹莹以下是王莹莹的演讲实录，经36氪整理编辑：大家下午好，我是来自太蓝新能源的王莹莹，我们是一家专门从事固态电池研发和产业化的公司。我今天带来的汇报主题是“技术创新推动固态电池产业化”。固态电池为什么要代替液态电池液态电池已经诞生30多年了，它的设备、工艺、技术、材料体系以及整个产业链都非常成熟，慢慢地已经达到了理论极限（大约在300Wh/kg）。但是传统的液态电池依然存在安全、寿命和里程焦虑等问题，目前并且没有很好的解决办法。安全隐患的出现有两大因素，第一是有机电解液。液态电池的有机电解液主要由有机碳酸质类构成，这是一种易燃易爆的物质，存在着发生漏液和热失控的风险。第二个是有机隔膜，它在电池内部微短路的时候会受热收缩，引起进一步的大面积短路，同时锂枝晶生长也会刺穿有机隔膜，引起短路，造成爆炸、燃烧，非常危险，所以液态电池的技术路线改进势在必行。从液态走向固态正在成为趋势，这一路线使用固态电解质代替有机液态电解液和隔膜，该材料的主要的优势是不可燃，不短路，而且固态电解质可能具有很高的机械强度，锂枝晶无法刺穿，这将大大提升电池的安全性和能量密度。从动力电池的用户需求来看，我们可以把固态电池做到续航里程大于800公里，在15分钟之内可以充电到80%，成本做到低于30万。并且消除了电解液对于电极材料的腐蚀作用，那么它的循环性能和使用寿命都会增加，我们可以将电池的使用寿命做到大于12年。另外，固态电池非常安全，这样基于固态电池的动力汽车可以完美替代传统的燃油车。但是固态电池技术面临着很高的挑战，这主要是因为固态电解质和电极之间的“固-固接触”比较差，会产生很高的界面阻抗。另外固态电解质的体相离子电导率相对比较低。解决高的界面阻抗和低的电导率是实现固态锂电产业化的关键。固态电解质的性能从根本上决定了固态电池的性能。不同的固态电解质所具备的物理化学性能不一样，加工成本也各不相同。比如聚合物固态电解质的生产工艺最成熟，在加工成本方面最具有优势，因此最早实现了商业化。法国的Bolloré公司早就实现了基于聚合物固态电解质的固态电池，但是它的离子电导率比较低，倍率性能只做到了0.25C，而且它的能量密度比较低，只做到了120Wh/kg，所以它的性能上限很低。硫化物固态电解质的离子电导率比较高，达到了约0.01西门子每厘米，和液态的电解液在同一数量级，但是它的稳定性较差，对空气湿度比较敏感，界面反应也比较复杂，分解的产物还是有毒有害的硫化氢，所以具有地狱级的开发难度。这些电解质都有各自的硬伤和短板，而他们的最短板恰恰决定了电池的最终性能。氧化物各方面都比较均衡，反而性能最优异，最安全可靠。目前氧化物固态电解质在生产加工方面的关键技术，也是太蓝新能源主要攻破的技术难关。基于对液态电池的深厚积累，现有的产业链体系、材料、设备、工艺其实是可以直接升级到半固态电池的，并且性能可以得到大幅度提升。在现有的基础上只要实现一些关键的技术创新，半固态电池完全可以兼容液态电池的产业链体系。基于成熟的工艺，其研发成本可控，还可以实现大规模的应用。但是全固态电池是不是半固态的最终路线？我们可以从工艺上来说，全固态要启用全新的工艺设备体系，成本会非常高，而且全固态的很多关键科学问题还没有解决，如界面阻抗、界面反应、锂枝晶生长等问题。而且市场需求也决定了半固态跟全固态的应用场景不一样，所以半固态电池和全固态电池本身就不在同一个赛道，全固态电池目前还处在一个讲故事的阶段。固态电池产业化的关键问题所以站在液态电池这个巨人的肩膀上，半固态可以做出更好、更快、更安全的电池。以我们太蓝新能源半固态电池为例，我们的半固态锂电池相对于液系电池，整体性能得到了大幅提升，安全性提高了，续航里程提高了，倍率性能也提高了。复用原来液态电池的成熟工艺，半固态锂电池的良品率很高。同时减少了隔膜和电解液等直接材料的使用，成本大幅度降低。太蓝的半固态电池可以兼容现有的正负极材料主材、粘结剂等辅材，甚至是电芯型号体系，通过就地取材，无需额外的研发成本。固态电池的技术路径有很多，固态电解质的材料体系就有聚合物体系、氧化物体系和硫化物体系。结构设计方面也是多样化的，有块材型、薄膜型、陶瓷复合隔膜、有机无机复合。还有基于原位固化技术和无负极技术等。主材划分方面也是多样化的，正极主材包括：三元锂，磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂，负极现在也渐渐由石墨升级到了硅系列的负极、硅氧、硅碳还有硅氧+碳等，以后会慢慢升级到锂金属。目前还有一些公司正在开发无负极固态电池。综合来说想要实现固态电池产业化，最根本的关键是对技术路线和材料体系要有一个很好的成本控制能力。同时要综合实现安全性、能量密度，充放电速度等方面的平衡，从而实现最优性能。另外通过解决电解质与电极界面阻抗的问题，可以慢慢摒弃液系的隔膜和电解液，将现有技术路径直接拓展至全固态产线。最后，需要一个很强的研发、管理团队来实现固态电池的产业化。这里跟大家分享一下太蓝新能源的研发经验和体会。我们总结了固态电池产业化需要解决的三个主要问题。第一，材料体系设计问题。解决产业化问题就必须设计出一个更好的固态电解质体系。这一体系要具备更好的离子电导率、更好的稳定性、更高的机械强度。同时，这一体系的生产加工成本要更低，且与正负极材料体系兼容，达到综合性能最优并且成本可控。第二，因为固态电解质跟正负极电极之间的“固-固接触”比较差，界面阻抗比较高，解决界面阻抗问题也是生产固态电池的一个必要条件。第三，最关键的是所选的技术路线和材料体系是不是能规模化量产，因为固态电池结构的工艺设计直接决定了固态电池的生产效率和生产成本。我们太蓝新能源通过材料创新启用了高性能氧化物固态电解质，该电解质具有很高的离子电导率和机械强度。并且材料表面创建了界面柔性层，实现了电解质与电极的良好接触。该体系可以很好解决离子电导率和界面阻抗的问题。我们通过工艺创新定制了新的设备，研发出了电解质超薄膜制备技术和界面柔化技术，并且兼容现有液系电池的工艺体系，可以快速投产。通过攻克电导率和界面阻抗的问题，我们的固态电池能量密度得到了大幅提升，现在已做到了300-350Wh/kg，已经升级到400Wh/kg，倍率性能大幅度提升，达到6C。我们的产线可以慢慢减少液态电解液的使用，平滑地迈入全固态。所产电池寿命已经提升至大于1500次循环，生产成本也在慢慢降低。在此和大家介绍一下我们公司当前的研发状态以及中长期的规划。我们的研发总部在北京，在重庆和安徽都有半固态的中试线和产线，明后年我们将继续拓展10GWh+的半固态量产线建设，打通上下游产业链；中期将继续发展20GWh+的动力和储能半固态电池量产线建设，也会布局GWh的全固态量产线；长期来看我们会加速扩张产能，中试线和产线，希望能够实现生产基地的全球化布局，能做到100GWh的固态量产线建设。最后感谢我们的投资人，我们的固态电池一定会越做越好。先定一个小目标：到2025年之前，我们的电池单体能量密度能做到400-500Wh/kg。谢谢大家，谢谢关注。