CATL研究院梁成都：全固態動力電池的商品化還需要3-5年

5月24日，第一電網在深圳舉辦“動力電池：電動汽車新需求-2016動力電池產業發展論壇”，試圖明確動力電池產業格局和需求方向，探討新時代動力電池面臨的挑戰和對策。當代安培科技股份有限公司新能源技術股份有限公司（CATL）研究所所長梁成博士發表了題為“全固態金屬鋰電池的挑戰與進展”的演講。他認為，全固態動力電池的商業化至少需要3-5年的時間，從現在開始，材料、結構和電池設計等仍有許多基本問題需要解決。

梁成，當代安培科技股份有限公司研究所所長，新能源科技有限公司（CATL）

梁成都博士介紹，全固態電池的研究主要有三個課題。一是高分子電解質的發展方向；

第二個是基于氧化物電解質的方向，第三個是基于硫化物電解質的方向。歐洲公司正在進行固態聚合物的研究，而豐田、索尼和松下等日本公司則以陶瓷電解質和聚合物為基礎，目前所有固態電池尚未完全工業化。從總體分布來看，固體電解質的研究分布在兩個方面。首先，美國和美國做得更扎實。第二，亞洲，集中在東南亞，主要在中國、日本和韓國從事電池的研究、生產和開發。

全固態電池的關鍵問題是離子傳導和界面兼容性。通常，正極中有電子導體和離子導體，中間的固體電解質起隔膜的作用。在電池充放電過程中，離子導電性起著關鍵作用，對電池容量、循環充放電性能、功率等特性有著重大影響。

博士梁成都表示：“固體電解質大致可分為三類，一類是聚合物，另一類是氧化物、磷酸鹽，第三類是硫化物。CATL在全固態電池的開發方面有多年的研究和積累。同時，它在大型電池的設計和研發方面有豐富的經驗國家的，也就是說，我們在提高離子導電性和電池能量密度方面做了一些工作，目前處于早期研究階段。CATL認為，所有固態電池都可以真正實現能量密度，如果能量密度為300-500Wh/Kg，單次充電的續航里程將大大提高。這可能需要稍短的電池循環壽命。"

聚合物固態電池最大的優點是安全耐用。即使電池被刺穿，它仍然可以使用，并且在切割、切割和彎曲時仍然可以工作。中間沒有液體，也沒有流動性。危險發生后，它不那么易燃，其單體能量密度與傳統鋰離子電池相比仍有明顯優勢。法國博萊里公司已經將其商業化（化學系統為Li/PEO/LFP），并在英國倫敦投放了3500輛城市租賃汽車。然而，聚合物固體電解質的電導率與溫度有很大的關系，這需要加熱部件。當溫度升高時，導電性變得更好，并且需要能量來升高溫度，這導致整個電池組的有效能量密度顯著降低。同時，由于聚合物固態電池的功率性能較差，在實際使用中需要與大功率超級電容器配合使用。更明顯的缺陷是，基于PEO的聚合物固體電解質的電化學穩定性窗口較窄，通常在4V以下，相應的陰極材料只能是LFP。這樣，其總能量密度很難達到300Wh/kg。

國內外許多公司和研究機構也對氧化物固體電解質進行了更多的研究。其中，美國橡樹嶺國家實驗室設計并制造了一種以LIPON為固體電解質的固態薄膜鋰金屬電池。它的循環壽命非常好，可以循環數萬次。然而，一旦將其制成大型電池并設計為厚電極，其循環性能將顯著降低，無法滿足應用要求。此外，氧化物固體電解質的離子電導率仍然不足，一系列已知的氧化物固體電解質室溫離子電導率基本低于10-3S/cm的水平，離實際應用還很遠。

硫化物基固體電解質的明顯優點是，其在室溫下的離子電導率接近當前液體電解質的離子電導率，僅從離子電導率水平來看，就接近應用水平。近年來，日本公司對硫化物進行了大量研究。硫化物也是CATL的重要研發方向，其主要優勢在于離子電導率高；

電化學窗口更寬，拓寬了陰極材料的選擇范圍，因此在電池化學體系的選擇上更加多樣化。

梁成都博士表示，對于硫基全固態電池，正極界面和負極界面之間存在界面反應。對于正極界面，可以通過正極涂層改性來解決，而負極界面可以在鋰金屬表面形成穩定的緩沖層。在實際應用中，離子導電性仍然存在接觸問題。熱壓用于改善界面接觸，以提高電池系統的整體離子導電性。硫化物與空氣和水接觸時穩定性較差。當它與水接觸時，會釋放出劇的硫化氫氣體，并散發出臭味。如果這個問題發生在汽車上，人們無法忍受。CATL對這種材料進行了改進，提高了它的穩定性，使它更加工業化。然而，制造業是一個巨大的挑戰，生產過程和工藝與鋰離子電池的傳統生產方法完全不同。CATL開展了一系列材料研究和工藝開發，積極布局固態電池的產業化方向。

“談到電池的生產過程，每個人都希望所有固態電池都能早點問世，但問題是現在沒有生產設備，這是一個挑戰。純固態的生產過程未來可能需要一系列工作。即使現在完成了化學系統的研究，從開發到生產至少需要3-5年的時間生產設備的發展到可用電池的設計。化學系統本身需要一個不斷優化的過程，所以我們認為基本上是五年左右。當然，也不排除會有突破性的事情發生。"

目前的市場需求希望使用全固態電池來解決傳統鋰離子電池的安全問題，并提高能量密度，使汽車行駛得越來越遠，同時電池成本也會下降。CATL認為，未來實現全固態汽車是有希望的，但每個人都需要耐心等待技術成熟。5月24日，第一電網在深圳舉辦“動力電池：電動汽車新需求-2016動力電池產業發展論壇”，試圖明確動力電池產業格局和需求方向，探討新時代動力電池面臨的挑戰和對策。當代安培科技股份有限公司新能源技術股份有限公司（CATL）研究所所長梁成博士發表了題為“全固態金屬鋰電池的挑戰與進展”的演講。他認為，全固態動力電池的商業化至少需要3-5年的時間，從現在開始，材料、結構和電池設計等仍有許多基本問題需要解決。

梁成，當代安培科技股份有限公司研究所所長，新能源科技有限公司（CATL）

梁成都博士介紹，全固態電池的研究主要有三個課題。一是高分子電解質的發展方向；

第二個是基于氧化物電解質的方向，第三個是基于硫化物電解質的方向。歐洲公司正在進行固態聚合物的研究，而豐田、索尼和松下等日本公司則以陶瓷電解質和聚合物為基礎，目前所有固態電池尚未完全工業化。從總體分布來看，固體電解質的研究分布在兩個方面。首先，美國和美國做得更扎實。第二，亞洲，集中在東南亞，主要在中國、日本和韓國從事電池的研究、生產和開發。

全固態電池的關鍵問題是離子傳導和界面兼容性。通常，正極中有電子導體和離子導體，中間的固體電解質起隔膜的作用。在電池充放電過程中，離子導電性起著關鍵作用，對電池容量、循環充放電性能、功率等特性有著重大影響。

博士梁成都表示：“固體電解質大致可分為三類，一類是聚合物，另一類是氧化物、磷酸鹽，第三類是硫化物。CATL在全固態電池的開發方面有多年的研究和積累。同時，它在大型電池的設計和研發方面有豐富的經驗國家的，也就是說，我們在提高離子導電性和電池能量密度方面做了一些工作，目前處于早期研究階段。CATL認為，所有固態電池都可以真正實現能量密度，如果能量密度為300-500Wh/Kg，單次充電的續航里程將大大提高。這可能需要稍短的電池循環壽命。"

聚合物固態電池最大的優點是安全耐用。即使電池被刺穿，它仍然可以使用，并且在切割、切割和彎曲時仍然可以工作。中間沒有液體，也沒有流動性。危險發生后，它不那么易燃，其單體能量密度與傳統鋰離子電池相比仍有明顯優勢。法國博萊里公司已經將其商業化（化學系統為Li/PEO/LFP），并在英國倫敦投放了3500輛城市租賃汽車。然而，聚合物固體電解質的電導率與溫度有很大的關系，這需要加熱部件。當溫度升高時，導電性變得更好，并且需要能量來升高溫度，這導致整個電池組的有效能量密度顯著降低。同時，由于聚合物固態電池的功率性能較差，在實際使用中需要與大功率超級電容器配合使用。更明顯的缺陷是，基于PEO的聚合物固體電解質的電化學穩定性窗口較窄，通常在4V以下，相應的陰極材料只能是LFP。這樣，其總能量密度很難達到300Wh/kg。

國內外許多公司和研究機構也對氧化物固體電解質進行了更多的研究。其中，美國橡樹嶺國家實驗室設計并制造了一種以LIPON為固體電解質的固態薄膜鋰金屬電池。它的循環壽命非常好，可以循環數萬次。然而，一旦將其制成大型電池并設計為厚電極，其循環性能將顯著降低，無法滿足應用要求。此外，氧化物固體電解質的離子電導率仍然不足，一系列已知的氧化物固體電解質室溫離子電導率基本低于10-3S/cm的水平，離實際應用還很遠。

硫化物基固體電解質的明顯優點是，其在室溫下的離子電導率接近當前液體電解質的離子電導率，僅從離子電導率水平來看，就接近應用水平。近年來，日本公司對硫化物進行了大量研究。硫化物也是CATL的重要研發方向，其主要優勢在于離子電導率高；

電化學窗口更寬，拓寬了陰極材料的選擇范圍，因此在電池化學體系的選擇上更加多樣化。

梁成都博士表示，對于硫基全固態電池，正極界面和負極界面之間存在界面反應。對于正極界面，可以通過正極涂層改性來解決，而負極界面可以在鋰金屬表面形成穩定的緩沖層。在實際應用中，離子導電性仍然存在接觸問題。熱壓用于改善界面接觸，以提高電池系統的整體離子導電性。硫化物與空氣和水接觸時穩定性較差。當它與水接觸時，會釋放出劇的硫化氫氣體，并散發出臭味。如果這個問題發生在汽車上，人們無法忍受。CATL對這種材料進行了改進，提高了它的穩定性，使它更加工業化。然而，制造業是一個巨大的挑戰，生產過程和工藝與鋰離子電池的傳統生產方法完全不同。CATL開展了一系列材料研究和工藝開發，積極布局固態電池的產業化方向。

“談到電池的生產過程，每個人都希望所有固態電池都能早點問世，但問題是現在沒有生產設備，這是一個挑戰。純固態的生產過程未來可能需要一系列工作。即使現在完成了化學系統的研究，從開發到生產至少需要3-5年的時間生產設備的發展到可用電池的設計。化學系統本身需要一個不斷優化的過程，所以我們認為基本上是五年左右。當然，也不排除會有突破性的事情發生。"

目前的市場需求希望使用全固態電池來解決傳統鋰離子電池的安全問題，并提高能量密度，使汽車行駛得越來越遠，同時電池成本也會下降。CATL認為，未來實現全固態汽車很有希望，但每個人都需要耐心等待技術成熟。

標簽：豐田東南

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