CC第十六屆重慶國際電池技術(shù)交流會“先進電池前沿技術(shù)研討會”全固態(tài)電池及關(guān)鍵材料研究進展報告人：王建濤國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責(zé)任公司國家動力電池創(chuàng)新中心■據(jù)公安部數(shù)據(jù)，截止到2023年底，我國新能源汽車保有量已達2041萬輛，同比增長38.76%;■新能源汽車消費者顧慮調(diào)研報告顯示，中國消費者依舊將安全和續(xù)航作為最為關(guān)心的兩個參數(shù)；■全固態(tài)電池因為其更高的安全性和更高的能量密度，已成為下一代電池技術(shù)競爭的關(guān)鍵點。中國：安全>續(xù)航>充電>價格消費者顧慮分布全球新能源汽車消費者顧慮調(diào)研報告消費者顧慮分布8%22%中國美國德國日本韓國印度聚合物硫化物氧化物液態(tài)PEOLITFSI+LNIQ,PEOLITFSiPEOUCFSO,75U?S-25PS?+NCMLLa?ZTaOg+UCoMnO,UGe(PO.LLa,Z..T.0LLa,Z..T.0U?O-A?O,TO,SiO,P?O;SelheatingofLIBSeparstormeing0Polymerelectrolytewithelectrode英國德國韓國韓國以大型企業(yè)牽頭布局硫化物基全固態(tài)電池加拿大法國歐洲前期以聚合物為主，后期車企投資初創(chuàng)企業(yè)中國日本學(xué)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(產(chǎn)綜研)美國以創(chuàng)術(shù)路線創(chuàng)新，走美推進全固態(tài)電池商業(yè)化國國內(nèi)■國內(nèi)全固態(tài)電池技術(shù)前期由研究院所和初創(chuàng)企業(yè)推動，后期由整車企業(yè)牽引帶動，加速未來產(chǎn)業(yè)化進程發(fā)布Ah級全固態(tài)電池，硫化物噸級線建成；10Ah級電池發(fā)布國聯(lián)自聯(lián)350Wh/kg全固態(tài)電池發(fā)布400Wh/kg全固態(tài)電池固態(tài)試驗線完成建設(shè)電解質(zhì)百噸線建成愛高比能全固態(tài)電池完成應(yīng)用驗證2026年裝車驗證2023年9月全固態(tài)鋰金屬電池開發(fā)成果.2024年GWh線達產(chǎn)，2026年，10GWh產(chǎn)線量產(chǎn)用于固態(tài)鋰電池量產(chǎn)凸車動邊2023年05月CIBF,25Ah硫化物全電池發(fā)布4月中試基地啟用，3噸級硫化物電解質(zhì)產(chǎn)線2027年，硫化物.400-450Wh/kg固態(tài)電池實現(xiàn)SOP,2030年，500hkg在無錫與寧波材料所共建固態(tài)電池研究中心2023.07發(fā)布20Ah全固態(tài)電池BY0公布兩項與全固態(tài)電池強相關(guān)專利BY0公布兩項與全固態(tài)電池強相關(guān)專利兩項全固態(tài)電池專利憶緯鋰陶2025年試裝全固態(tài)電池，2026年發(fā)布全固態(tài)電池純電平臺2023年9月，鹵化物全困態(tài)電池2025年圍態(tài)電池量產(chǎn)2028年量產(chǎn)上市2024年試點工程開建2026年2028年量產(chǎn)上市發(fā)布10Ah發(fā)布10Ah固態(tài)電池2027硫化物全固態(tài)為主量產(chǎn)固態(tài)電池量產(chǎn)裝車日本日本美國韓國歐洲國外20222023三3~5A軟包電池實驗空樣品完成2022年硫化物全固態(tài)電池試生產(chǎn)蛀建反Quantumscape大眾追101億吳元役資4層全尺寸的全固態(tài)電注的相關(guān)工作220Ah經(jīng)負極電池320wh/kgDuantumscape顯車客戶完成A0樣品測試kInnovatior2023年3月全困態(tài)試產(chǎn)線建成2023年3月全困態(tài)試產(chǎn)線建成馬馬于2022年開始測試全國態(tài)電池20252026202720282030日產(chǎn)2028年則年推出日產(chǎn)2028年則年推出2030年實現(xiàn)全2030年實現(xiàn)全國態(tài)電電池量產(chǎn)，440wh/kg100Ah促負極電池，A樣/B樣.360+電池量產(chǎn)，440wh/kgDuantumscape全團態(tài)電形育業(yè)化完成G新能源GG新能源固固戀電泡量產(chǎn)Innovation2025年前實現(xiàn)回態(tài)電池市場化2025年完成大型全團態(tài)電池單元開發(fā)2027年量產(chǎn)大型全固態(tài)電池單元固態(tài)電池道路實測立量產(chǎn)應(yīng)月描全能工超薄化自支撐超薄化自支撐低界面阻抗高容量負極高容量正極電解質(zhì)材料/電解質(zhì)膜高容量負極高容量正極活性料占比/致密度高壓力高電壓正極匹配性鋰枝晶全電池結(jié)構(gòu)、工藝及技術(shù)鋰枝晶安全性能厚度均勻性結(jié)構(gòu)設(shè)計循環(huán)界面問題內(nèi)短路問題倍率性能低溫性能安全性能■全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈方面：從核心固態(tài)電解質(zhì)原材料的供應(yīng)到與之適配的各種應(yīng)用終端，亟需產(chǎn)業(yè)鏈形成共識。臨工Fsràtlngt固態(tài)電解質(zhì)材料研發(fā)固態(tài)電解質(zhì)材料研發(fā)硫化物體系硫化物體系-40度露點穩(wěn)定2mS/cm硫化物電解質(zhì)新型鹵化物電解質(zhì)-40度露點穩(wěn)定3mS/cm硫化物電解質(zhì)新型3mS/cm鹵化物電解質(zhì)-30度露點穩(wěn)定-30度露點穩(wěn)定6mS/cm硫化物電解質(zhì)9mS/cm硫化物電解質(zhì)新型4.5V離電壓新型低成本鹵化物電解質(zhì)鹵化物電解質(zhì)硫化物電解質(zhì)10-12mS/cm超高離子導(dǎo)鹵化物電解質(zhì)20122015201720192020202120222023863項目西安大略大學(xué)固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)電池聯(lián)合實驗室百克級穩(wěn)定制備(孫學(xué)良院士)固態(tài)電解質(zhì)工程技術(shù)開發(fā)空氣穩(wěn)定硫化物/鹵化物電解質(zhì)公斤級穩(wěn)定制備能力硫化物電解質(zhì)低成本噸級工程化平臺硫化物電解質(zhì)完成批量一致性試制驗證硫化物電解質(zhì)多產(chǎn)品體系批量試制跳司固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)全固態(tài)電池開發(fā)探索絲網(wǎng)印刷電極技術(shù)自支撐硫化物基固態(tài)單層鹵化物固態(tài)電池電解質(zhì)膜制備技術(shù)Ah級硫化物基固態(tài)電池(622/G)卷對卷固態(tài)電極及膜的批量制備技術(shù)全固態(tài)電池疊層組裝工藝研究全固態(tài)電池原型安(高鎳/硅)全特性探究.導(dǎo)方面：通過富鹵元素離子摻雜及溫度調(diào)控，提升鋰空位，增強材料的結(jié)構(gòu)紊亂度，改善鋰磷硫氯固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率，提升電化學(xué)穩(wěn)定性，實現(xiàn)高純相、室溫高離子電導(dǎo)率的硫化物固態(tài)電解質(zhì)；開展鋰磷硫氯材料熱穩(wěn)定性研究。Th=∑(E[LiTh=∑(E[Li-S])+∑(E[Li-CIJ)+∑(E[P-S]](1)Th=∑(E[LijS?Cl?]+∑(E[PS?J)L-U4L-U4((fxirrTh’USPSSa[Li]%×E[LTh’LPSSCI=[Li]%×6Th’doptd=[L]%×625u.9+[Li]%×281Aucn)+[P%×1776+Edoprd+k(6)廣廣山山山山IMmenfDsfe2vn6IMmenf00口00250250S掃描全能王人LoTche(一)硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料質(zhì)空氣穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性；實現(xiàn)高空氣穩(wěn)定性、高室溫離子電導(dǎo)率(>8mS/cm)及高界面穩(wěn)定性的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。PS,S人20drrr)樣品-30°空氣暴露前后XRD圖不同樣品水解不同樣品水解反應(yīng)能意圖PS?BAS?BNNl3·2不同樣品-30°空氣暴露前后離00子電導(dǎo)率保持率圖PwPwI0CSD胸——Pr判TpprutwnFC不同樣品MSD圖不同樣品不同樣品MSD圖Lu020-2004006004#樣品循環(huán)曲線40-240┐200-0OnJrutt1~stc(一)硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料■界面穩(wěn)定性方面：針對LPSC對鋰穩(wěn)定性問題，通過氣-固反應(yīng)在鋰磷硫氯電解質(zhì)表面形成非晶反應(yīng)層，顯著減少了材料對鋰的副反應(yīng)及鋰枝晶的生成，初步實現(xiàn)高對鋰穩(wěn)定性及高界面穩(wěn)定性的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。6511%C6514TKU6510SC6510J%6510J%6510×Bdre)20不同濃度處理后的LPSC的XRD圖樣品透射電鏡圖界面工程調(diào)控 -6510.1C65I05C65】QC651IC不同濃度處理后的LPSC的EIS圖0.100.050.060.04-0.100.050.060.04-0.020.000Voltg(V)Voltg(V)nn0.40.4uJ0.11651-0JC651)7(yeuhe)7(yeuhe)DtchukCapcpI(DtchukCapcpI(ma/(50-00十DLaldn樣品循環(huán)曲線0200Cyce(n)Prezrt1(一)硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料■通過“富鋰與硫空位”雙重作用，進行“晶格柔性調(diào)控”,實現(xiàn)>14mS/cm離子率，使用范圍到-65℃(>0.1mS/cm)■相比豐田32ms/cm離子導(dǎo)提升穩(wěn)定性提升0-02014Time(h)201720182019202020212022202302014Time(h)OmBztcr?Bztcr?1cane(二)低成本工程化制備途徑■開發(fā)了硫化物低成本工程化技術(shù)，降低制造成本；電解質(zhì)成本的下降依舊依賴于前端硫化鋰等原材料的成本的突破；■完成噸級線建設(shè)和穩(wěn)定運行，形成了“材料設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計和制造設(shè)計”的技術(shù)體系；新的更優(yōu)的工程工藝依舊亟需；■通過調(diào)整固態(tài)電解質(zhì)材料的離子導(dǎo)、電子導(dǎo)、粒度分布、比表面積等參數(shù)，形成了系列化電解質(zhì)材料可以供后端驗證；■申請“組分結(jié)構(gòu)、元素摻雜、空位調(diào)控、固態(tài)電池”等固態(tài)電池專利60余項，已授權(quán)專利30余項；專利仍需突破。核心專利核心專利翻兄D小粒徑電解質(zhì)的穩(wěn)定試制次歐CS人(四)新型高性能鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料學(xué)穩(wěn)定性，實現(xiàn)高離子率(>3mS/cm)、長壽命(3000周)的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)；需進一步提穩(wěn)定性和降成本；M5SE-1M5SE-1二h二12h24h48二h二12h24h4820(degree)Time(n)2004C3000cycle84%4C500500020000結(jié)構(gòu)調(diào)控TdeNCM88:-4.71mgcm-250000cyclesCydenmberLCO~4.71mgcm-284.5%capacityretention(1758cycles)05C(033mAc2)25℃CS掃描全能王Rcec1+Q7(一)固態(tài)電解質(zhì)材料多性能評測■需要建立滿足全固態(tài)電池對固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)需求的，包含化學(xué)、熱和點穩(wěn)定性更為全方位固態(tài)電解質(zhì)評價體系。倍率充電常溫循環(huán)45-45-12自ICSpciBCprà(Wg)W204.1C2C5pecifrCipiti{eAhglIC990.181202的是尊是尊324—0.1ee240Y&ICtoK永Cput(eWy)442”4.1CL1另5o0n:CxbnblUUL中Spof:5zpxPu—uc—1Sc一))—))—st_oK2sdgnter1Mgdb韌量文C444高溫循環(huán)%)CpthaEtale%)CpthaEtale—碩C_uM4做M41m(wmC4200(二)正極應(yīng)用技術(shù)全固態(tài)174.5■與液態(tài)電池相比，全固態(tài)電極正極電極中活性占比的提升仍有很大空間，能夠大幅提升全固態(tài)電池的能量密度。LCO正極材料中鎳NCM正極材料高鎳NCM正極材料4.0T23mg/cm4.0T23mg/cm2SpoclfloCapncity(mAho)2.82.42.0280020050-20200300T23mg23mg/cm28poclflcCopaclty(mAIo)4.0T2.0260Ecnc(%)Ecnc(%)300T280.200-0-2004004.0T4.0T2,423mg/cm2BpeclflcCepaclty(mAhlg)—260Mhm0%)Mhm0%)360T0CS掃描全能王(三)負極應(yīng)用技術(shù)純硅(全固態(tài)3280.6mAh/gvs.液態(tài)3295.9mAh/g)性能達到液態(tài)電池的98.5%以上；2.07mg/cm20.5--1.020040060080010000BpocincCapaclty(mAh/o)000·00200400CycloNumbor40202.02.0SpoclfcCapaclty(mAho)6mg/cm2025002000.0CycloNumbor120C04020200純硅負極材料純硅負極材料2.0·0.0-1.004000B0018002400320D04000SpociflcCapaclty(mAho)800080008O2000-020CycloNumbor30040M池材料體系設(shè)計驗證，性能滿足設(shè)計要求。周，容量保持率88.4%;1C/1C循環(huán)壽命1000周，容量保持率73.9%;完成1.2Ah和11.8Ah軟包試制。電化學(xué)性能及壽命4.44.03.6—0.12.8—0.5C—1C2.8——2C——3C2.40601000601008poclflcCepaclty(mAhg)3003006060-4097.3%@80th60-4002000020406024060-88.4%@450th+206004020030060090073.9%@1000th300400240200000軟包電池驗證4.44.03.63.2——0.1C——0.3C——1C——2C2.40.40.82.80.0人tomcvBattery(一)高鎳&硅基復(fù)合材料全固態(tài)材料體系研究■針對硫化物全固態(tài)電池制備工藝路線多且大規(guī)模制造難的問題，驗證勻漿、涂布的濕法成膜工藝和設(shè)備，實現(xiàn)全固態(tài)電池用高負載正、負極和超薄電解質(zhì)膜卷對卷批量可控制備，探索電極規(guī)模化制造的可行性；■基于電解質(zhì)不流動的特點，開發(fā)有利于保持界面穩(wěn)定接觸的“雙向擴散一體化”技術(shù)，實現(xiàn)了多疊層型全固態(tài)設(shè)計與試制。Vo6)A(大容量電池多疊層電芯一致性大容量電池驗證10Ah級電芯110Ah級電芯210Ah級電芯3序號首效Vo6)A(大容量電池多疊層電芯一致性大容量電池驗證10Ah級電芯110Ah級電芯210Ah級電芯3序號首效413124AN63針刺Capscily(Ah)4- 0Time(min)正負4.44.0D3.22.5胸刻e五、盈n天6TIae(zee)200℃熱箱4ARC5321二例中Tie(S)0A地Ar471lt池材料體系設(shè)計驗證，性能滿足設(shè)計要求。0.1C/0.1C循環(huán)壽命179周，容量保持率90.74%。完成2Ah和4Ah軟包試制。4.02.84040200240300200240300CycleNumber500SpecificCapaclty(mAh/g)1203001203001002401000.1C0.1C2C2C4000300203060Cycle90Numb4000300203060Cycle90Numb0CycleNumber4020CycleNumber50005000復(fù)400004020掃描全能王八人tcroteFethoY(四)超高比能量全固態(tài)用富鋰材料的匹配性研究■模具電池性能：富鋰錳基電池，1C/1C循環(huán)100周，容量保持率91.95%;0.3C/0.3C循環(huán)壽命100周，容量保持率80.1%。富鋰錳基/鹵化物活化能uzr0C,3.5lU,iQ一4Uu↓從1-0-LilClilgX1MorefrnctionofLMRinLMR-HSEssystem隊隊DB.19—0iCLIC01CLIC003CLYlcLD2.52kJ00Speciflccap<lty(mAg)J00廠rgrgICICC0075J0J540