由中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車報(bào)社共同主辦，天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、新能源汽車國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟聯(lián)合協(xié)辦的第二十屆中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))國(guó)際論壇(以下簡(jiǎn)稱“泰達(dá)汽車論壇”)于2024年8月29日至9月1日在天津?yàn)I海新區(qū)舉辦。本屆論壇以“風(fēng)雨同舟二十載 攜手并肩向未來(lái)”為年度主題，邀請(qǐng)重磅嘉賓展開深入研討。

  在8月30日“生態(tài)專場(chǎng)一：固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)”中，東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)總院先進(jìn)材料與先行技術(shù)研究中心固態(tài)電池高級(jí)經(jīng)理金玲發(fā)表題為“固態(tài)電池汽車產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”的演講。

  東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)總院先進(jìn)材料與先行技術(shù)研究中心固態(tài)電池高級(jí)經(jīng)理金玲

  以下為演講實(shí)錄：

  尊敬的楊院士、董揚(yáng)秘書長(zhǎng)，各位專家，行業(yè)和媒體朋友們：

  大家上午好!

  非常高興代表東風(fēng)公司受邀參加本次大會(huì)，代表東風(fēng)集團(tuán)分享一下我們的工作和對(duì)固態(tài)電池的認(rèn)識(shí)。

  下面我的演講從三個(gè)方面展開：第一，新能源汽車市場(chǎng)與行業(yè)背景;第二，固態(tài)電池發(fā)展現(xiàn)狀及量產(chǎn)預(yù)期;第三，東風(fēng)固態(tài)電池開發(fā)和整車應(yīng)用的進(jìn)展。

  一、新能源汽車市場(chǎng)與行業(yè)背景

  從新能源汽車市場(chǎng)與行業(yè)背景來(lái)看，整個(gè)電池的發(fā)展始終圍繞著高比能、高安全的痛點(diǎn)在不斷迭代，從最早的1870年的鉛酸電池，到中間的鎘鎳電池、鋅錳電池、鎳氫電池以及鋰離子電池，和2020年之后出現(xiàn)的固態(tài)電池。從整個(gè)發(fā)展來(lái)看30年是一個(gè)周期，這個(gè)周期不僅包括技術(shù)的迭代，也包括工藝的迭代，讓它能大批量應(yīng)用。

  我們可以看到電池的主要應(yīng)用場(chǎng)景也從最初的消費(fèi)電子到后面應(yīng)用到動(dòng)力電池，或者是低空經(jīng)濟(jì)這一塊。再?gòu)匿囯x子電池的應(yīng)用來(lái)看，可以看到其實(shí)我們國(guó)家最早是在2009年左右，也是在行業(yè)學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)專家的積極建議下，我國(guó)在國(guó)際上最早推動(dòng)發(fā)布指導(dǎo)意見(jiàn)和國(guó)家政策，引導(dǎo)新能源發(fā)展。

  所以到目前為止，中國(guó)應(yīng)該是世界上發(fā)布指導(dǎo)意見(jiàn)和政策最多的國(guó)家之一。可以看到通過(guò)我們的積極努力，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)在世界上的影響力也越來(lái)越大，包括本次會(huì)議的主辦方中汽中心也是在汽車國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面影響力越來(lái)越大，牽頭了越來(lái)越多的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)出了中國(guó)聲音。

  從銷量上來(lái)看，2015年中國(guó)的新能源汽車銷量已成為全球第一。2013年、2014年的時(shí)候，我國(guó)新能源汽車銷量是6000輛左右，到2022年的時(shí)候已經(jīng)翻了1000倍，到688.7萬(wàn)輛，持續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。到去年我們已經(jīng)達(dá)到了949.5萬(wàn)輛，而且新能源汽車已經(jīng)成為了出口的新三樣，為我們的國(guó)家經(jīng)濟(jì)做出了重要的貢獻(xiàn)。

  同時(shí)我們也可以看到新能源汽車的市場(chǎng)滲透率也持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)。再看市場(chǎng)占有率這一塊，前十大企業(yè)市場(chǎng)占有率已經(jīng)達(dá)到了72.3%，而且這前十排名里面可以看到比亞迪，也就是中國(guó)的新能源汽車企業(yè)已經(jīng)超過(guò)了合資企業(yè)，而不是像之前90年代合資剛引入的時(shí)候，市場(chǎng)上是合資車比國(guó)產(chǎn)車在消費(fèi)者心中更受青睞。

  再看一下消費(fèi)者購(gòu)買新能源汽車始終存在的焦慮是什么。目前最主要的兩個(gè)焦慮：第一個(gè)，安全焦慮。之前的專家在一些公開場(chǎng)合的報(bào)告提過(guò)，可能新能源汽車每8天燒1輛車，這些數(shù)據(jù)是根據(jù)國(guó)家的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，所以新能源汽車消費(fèi)者在購(gòu)買時(shí)還有一點(diǎn)安全上的擔(dān)心，具體原因后面會(huì)展開。第二個(gè)，續(xù)航問(wèn)題。新能源汽車其實(shí)在十幾年前剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，它的續(xù)航里程是不超過(guò)300公里，經(jīng)過(guò)這十來(lái)年的發(fā)展，隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，中國(guó)新能源車?yán)m(xù)航大部分能達(dá)到300～500公里，或者是更高的續(xù)航里程。

  對(duì)于續(xù)航里程的突破最根本的還是依靠動(dòng)力源即動(dòng)力電池，目前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的液態(tài)鋰離子電池的能量密度極限是300Wh/kg左右，續(xù)航繼續(xù)提升還需要電池進(jìn)一步突破能量密度。

  再?gòu)恼w宏觀的政府、行業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)來(lái)看，全力發(fā)展固態(tài)電池已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略的層面，包括美、日、韓等國(guó)都在做出相應(yīng)的國(guó)家戰(zhàn)略上的布局，中國(guó)也是在“十四五”期間明確提出要加快固態(tài)電池的研發(fā)。從國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)來(lái)看，“十四五”期間也部署了多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)，這里也向各位領(lǐng)導(dǎo)、專家報(bào)告，我們東風(fēng)公司非常有幸在“十四五”的項(xiàng)目中拿到了一個(gè)全固態(tài)電池的國(guó)家專項(xiàng)作為牽頭單位，在組織行業(yè)內(nèi)一起來(lái)攻關(guān)。

  這一部分是國(guó)內(nèi)外廠商的一個(gè)對(duì)標(biāo)。從整個(gè)國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池的進(jìn)展來(lái)看，歐洲還是以聚合物、氧化物、硫化物多條路線在并舉開展。對(duì)于國(guó)內(nèi)，主要是以氧化物、聚合物復(fù)合的路線在推進(jìn)，率先搭載應(yīng)用和量產(chǎn)。硫化物路線的難度大一些，所以目前量產(chǎn)的進(jìn)度是要比聚合物、氧化物復(fù)合路線緩慢一些。東風(fēng)目前也是在聚合物、氧化物路線方面進(jìn)一步做相關(guān)的工作。

  現(xiàn)在對(duì)第一部分做一個(gè)小結(jié)。第一，液態(tài)電池是存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)安全和續(xù)航里程焦慮的，已經(jīng)接近能量密度上限，這也是為什么一定要發(fā)展下一代的動(dòng)力電池固態(tài)電池的原因。第二，固態(tài)電池從技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，它能提升電池的安全性，同時(shí)兼容高比容量的正負(fù)極，進(jìn)一步打開能量密度天花板，所以成為動(dòng)力電池下一輪攻關(guān)的重要方向，是下一代技術(shù)競(jìng)賽中的關(guān)鍵。第三，國(guó)內(nèi)外整車企業(yè)、零件企業(yè)都在通過(guò)自研或者是聯(lián)合開發(fā)實(shí)現(xiàn)布局，進(jìn)入固態(tài)電池賽道，力爭(zhēng)逐步實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池大批量商業(yè)化。第四，東風(fēng)目前在固液混合態(tài)或者是半固態(tài)方面已經(jīng)有先行，蔚來(lái)、上汽等車企會(huì)陸續(xù)推出半固態(tài)車型。固態(tài)電池目前在技術(shù)和產(chǎn)品上還有些不成熟的地方，還沒(méi)有完全進(jìn)入商業(yè)化階段，但是預(yù)計(jì)在2030年前后會(huì)進(jìn)入商業(yè)化，并逐步具備經(jīng)濟(jì)性。

  二、固態(tài)電池發(fā)展現(xiàn)狀及量產(chǎn)預(yù)期

  從動(dòng)力電池發(fā)展路線來(lái)看，包括高能量密度路線，還有低成本路線，對(duì)于儲(chǔ)能電池我們的觀點(diǎn)是因?yàn)閮?chǔ)能電池對(duì)體積和大小的關(guān)注度沒(méi)有像整車那么重要，因?yàn)檎嚨膬?nèi)部是一個(gè)有限空間內(nèi)，有限空間內(nèi)我們始終希望能布置更多的電量，這樣我們能實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航，所以對(duì)于動(dòng)力電池還是會(huì)以磷酸鐵鋰和三元體系的為主。

  從技術(shù)路線上來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)主要研究的是聚合物、氧化物、硫化物路線，但這三個(gè)路線其實(shí)各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。聚合物路線的特點(diǎn)是柔韌性好，易大規(guī)模制造，但它的離子電導(dǎo)率相比其他幾種電池是最低的。氧化物路線的離子電導(dǎo)率居中，但是它的難點(diǎn)是界面接觸和柔韌性。硫化物路線是離子電導(dǎo)率最高的，但它的缺點(diǎn)是空氣穩(wěn)定性不好，會(huì)在生產(chǎn)制造中產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體。

  所以對(duì)于三種路線它的成熟度也不一樣，就像剛才講到的歐美企業(yè)是聚焦聚合物路線，國(guó)內(nèi)大多選擇氧化物路線，如果想產(chǎn)業(yè)化，可能氧化物、聚合物復(fù)合的路線是最先能進(jìn)行搭載驗(yàn)證的。

  下面是講到液態(tài)電池和固態(tài)電池的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)，可以看到剛才說(shuō)到了這種安全問(wèn)題，它其實(shí)就體現(xiàn)在液態(tài)電池里面的電解液它是可燃的、有機(jī)的電解液，所以它易發(fā)生熱失控，易著火，所以它的安全性確實(shí)和固態(tài)電池本質(zhì)上存在差距，所以我們說(shuō)固態(tài)電池是具有本征安全性，因?yàn)樗虚g是用的不可燃的固態(tài)電解質(zhì)，具有高穩(wěn)定性、高安全性，而且像固態(tài)電池它的熱穩(wěn)定溫度也是要比液態(tài)的高。同時(shí)通過(guò)電解質(zhì)和正負(fù)極的匹配，能實(shí)現(xiàn)更高能量密度，突破350Wh/kg。

  剛才說(shuō)到了各種不同電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性比較，可以看到液態(tài)電池的熱穩(wěn)定性溫度大概在200度，但是像聚合物、硫化物、氧化物這一塊可以看到，氧化物在這幾種電解質(zhì)里面的熱穩(wěn)定性溫度是最高的。

  對(duì)于固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)面臨的四大挑戰(zhàn)，我們認(rèn)為主要包括四個(gè)方面：第一，高性能的正極材料，要開發(fā)高容量、高效率的正極材料;第二，復(fù)合電解質(zhì)膜，開發(fā)出高電導(dǎo)、高強(qiáng)度、高界面穩(wěn)定性的電解質(zhì)膜;第三，高性能的負(fù)極材料，也是圍繞著高容量、高材料穩(wěn)定性來(lái)開發(fā)。第四，固態(tài)電池的工藝，工藝這一塊涉及到聚合物、氧化物復(fù)合路線，它的工藝是能兼容部分目前的工藝，但是對(duì)于硫化物來(lái)說(shuō)它的工藝需要更多的創(chuàng)新和突破。

  下面具體展開來(lái)看。第一個(gè)挑戰(zhàn)，在正極來(lái)看，正極短期還會(huì)繼續(xù)沿用高鎳體系，但是鎳比較活潑，安全性差，是容易發(fā)生熱失控的。長(zhǎng)期向超高鎳、高壓尖晶石、富鋰錳基等材料迭代。

  在高壓下，三元正極是容易產(chǎn)氣失氧，這樣會(huì)導(dǎo)致電池的鼓包，在我們正極材料企業(yè)也在研究大的單晶化和氧化物的包覆，像LTB、LZO，就包括正極，來(lái)進(jìn)一步提升材料的性能和我們整個(gè)電池的能量密度。如果不做單晶化，單晶化程度低是容易造成結(jié)構(gòu)坍塌、顆粒粉化，影響我們的電池壽命。所以我們主要的改性策略就是提高單晶化和功能性材料的包覆。

  第二個(gè)挑戰(zhàn)就是我們說(shuō)固態(tài)電池的核心固態(tài)電解質(zhì)，對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)來(lái)說(shuō)首先它材料也是關(guān)鍵，另外是它的固固接觸。第一個(gè)難點(diǎn)是固固接觸會(huì)導(dǎo)致我們鋰離子傳輸電導(dǎo)率低，第二影響我們的電池能量密度。最后是從工藝上來(lái)講，目前要制備20微米以下的電解質(zhì)膜，從工藝和成本來(lái)說(shuō)還是有一些問(wèn)題需要攻關(guān)，這也是為什么咱們的國(guó)家項(xiàng)目里面在提到電解質(zhì)膜的時(shí)候也會(huì)說(shuō)更小的超薄，越薄越好。

  可以看到圍繞這一塊，我們需要做的一些工作也主要涉及到新工藝和新材料的開發(fā)，還有我們剛才說(shuō)的固固界面的接觸。

  從負(fù)極來(lái)看，其實(shí)目前主要行業(yè)研究?jī)蓚€(gè)方面：第一個(gè)，高能量硅負(fù)極材料。第二個(gè)，鋰金屬負(fù)極材料。

  對(duì)于硅負(fù)極材料，有三個(gè)痛點(diǎn)。第一，因?yàn)楣璧捏w積膨脹很大，可以高達(dá)300%，它會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致材料的粉化和分層，最重要它會(huì)導(dǎo)致電芯的膨脹和鼓包。從整車的應(yīng)用端來(lái)講，實(shí)際我們研發(fā)中為了抑制膨脹，或者是吸收膨脹，在電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可能就要放一些材料和它又能隔熱，還能進(jìn)行呼吸來(lái)吸收它的膨脹。但是這一塊會(huì)進(jìn)一步影響整個(gè)電池包的承阻率，這不管是電池企業(yè)還是整車企業(yè)都是后面需要關(guān)注的問(wèn)題。第二個(gè)是硅導(dǎo)電性差，一般硅我們都是硅碳復(fù)合，包括現(xiàn)在有第三代的硅碳復(fù)合材料提高我們的導(dǎo)電性能。但是導(dǎo)電性也會(huì)涉及到一個(gè)負(fù)反應(yīng)和庫(kù)侖效率的變化。第三就是硅顆粒的易粉化失去電接觸，它整個(gè)庫(kù)侖效率和電性能也會(huì)降低。主要的解決策略包括多孔硅，通過(guò)這種核殼結(jié)構(gòu)，讓它在核殼里面進(jìn)行限域的膨脹。另外是新型電解添加劑的設(shè)計(jì)，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的SEI膜界面層。

  第三個(gè)挑戰(zhàn)，從超薄鋰金屬負(fù)極開發(fā)來(lái)看，鋰金屬負(fù)極可能不僅僅是剛才說(shuō)到硅負(fù)極的膨脹問(wèn)題造成界面失效，它還涉及到鋰枝晶的生長(zhǎng)，活性鋰也會(huì)不斷消耗，整個(gè)鋰金屬的穩(wěn)定性會(huì)變差。

  對(duì)于鋰金屬因?yàn)槲覀円苽涑?，目前鋰金屬?fù)極的工藝設(shè)備和限制，導(dǎo)致超薄鋰金屬的制備還不是那么容易，國(guó)內(nèi)能制備的企業(yè)也不是太多。對(duì)于鋰金屬這一塊的主要特點(diǎn)也包括兩點(diǎn)：第一個(gè)，通過(guò)負(fù)極鋰金屬這一塊的合金化的設(shè)計(jì);第二個(gè)，這些已經(jīng)消耗的鋰能不能通過(guò)死鋰活化進(jìn)行修復(fù)。

  第四個(gè)挑戰(zhàn)是從工藝來(lái)講，固態(tài)電池的制造工藝還需要優(yōu)化，生產(chǎn)設(shè)備部分需定制，這就涉及到剛才說(shuō)的我們聚合物、氧化物復(fù)合路線的設(shè)備可能大部分能沿用現(xiàn)有的產(chǎn)生設(shè)備，部分進(jìn)行改造，但是對(duì)于硫化物路線它會(huì)涉及到一些新的設(shè)備。對(duì)于整個(gè)產(chǎn)線，液態(tài)電池建線成本1GWh投資1.5億元，固態(tài)電池它的產(chǎn)線成本應(yīng)該會(huì)比液態(tài)電池更高。

  從電池本身的生產(chǎn)成本來(lái)看，這個(gè)數(shù)字我也是最新更新的，前兩年我們當(dāng)時(shí)查的還是磷酸鐵鋰是550元/kWh，三元是680多元/kWh。目前不管是汽車行業(yè)還是電池行業(yè)都很卷，隨著上游原材料價(jià)格的下降，目前像磷酸鐵鋰的價(jià)格可以做到300、400元/kWh，三元是500元/kWh。對(duì)于頭部大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)，像比亞迪、寧德時(shí)代，他們占據(jù)了動(dòng)力電池的前列，他們的成本能進(jìn)一步做到3毛多、4毛多。

  如果在這種情況下，其實(shí)對(duì)于固態(tài)電池的應(yīng)用又提出了一個(gè)新的話題，因?yàn)楝F(xiàn)在30萬(wàn)元以下的車，還是非常講究電池的性價(jià)比，對(duì)于整車性能的匹配。所以對(duì)于固態(tài)電池整個(gè)全行業(yè)來(lái)說(shuō)，除了性能的提升，也要圍繞著成本做更多的工作，來(lái)助力我們整個(gè)固態(tài)電池去大批量應(yīng)用。

  這一塊也是根據(jù)咱們國(guó)汽戰(zhàn)研院和學(xué)會(huì)的總結(jié)，整個(gè)固態(tài)電池從技術(shù)指標(biāo)、成本、量產(chǎn)預(yù)期來(lái)看，東風(fēng)是在2022年1月全球首發(fā)了E70固態(tài)電池開展運(yùn)營(yíng)，后續(xù)國(guó)家從各種政策和國(guó)家項(xiàng)目上都有應(yīng)用導(dǎo)向來(lái)推出固態(tài)電池的樣車。我們也是根據(jù)這個(gè)預(yù)測(cè)，到2030年左右，能在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)。

  這一塊的小結(jié)我不細(xì)說(shuō)了，主要是比較了各種電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)，目前液態(tài)電池難以突破能量密度極限，對(duì)固態(tài)電池來(lái)說(shuō)半固態(tài)電池已經(jīng)率先進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。

  三、東風(fēng)固態(tài)電池開發(fā)及整車應(yīng)用進(jìn)展

  東風(fēng)是在2022年1月和贛鋒鋰業(yè)合作，推出了固液混合態(tài)的鋰電池整車公告。我們目前的這幾十輛固態(tài)電池的E70示范運(yùn)營(yíng)已經(jīng)突破了180萬(wàn)公里，安全及質(zhì)量都沒(méi)有問(wèn)題，同時(shí)我們也有大數(shù)據(jù)云平臺(tái)在對(duì)這些車輛進(jìn)行監(jiān)控。

  這部分的工作也是在集團(tuán)整個(gè)“十四五”戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，還有研發(fā)總院史建鵬院長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)下開展的突破。這項(xiàng)工作也是得到了國(guó)內(nèi)包括中國(guó)汽車報(bào)、學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)、湖北日?qǐng)?bào)、汽車商業(yè)評(píng)論等媒體的多輪宣傳，我們整個(gè)團(tuán)隊(duì)在新技術(shù)上的突破也是獲得了全國(guó)的創(chuàng)新大賽的銀獎(jiǎng)。

  對(duì)于固態(tài)電池的研發(fā)和應(yīng)用搭載的推進(jìn)，東風(fēng)會(huì)從材料體系、電芯研發(fā)、整車集成設(shè)計(jì)方面一體化推進(jìn)高比能固態(tài)電池的逐步成熟和整車應(yīng)用搭載，實(shí)現(xiàn)我們1000公里的續(xù)航。

  最后小結(jié)一下我們對(duì)整個(gè)固態(tài)電池的一個(gè)思考：

  第一，汽車產(chǎn)業(yè)在電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的背景下，市場(chǎng)和政策的雙輪驅(qū)動(dòng)，其實(shí)現(xiàn)在更多的是市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，會(huì)使我們電池，特別是固態(tài)電池成為企業(yè)競(jìng)相布局的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

  第二，固態(tài)電池在材料和制備工藝方面還存在待突破的技術(shù)難點(diǎn)，隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展會(huì)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

  第三，東風(fēng)在固態(tài)電池開發(fā)及搭載應(yīng)用上已經(jīng)有一定基礎(chǔ)，我們將逐步實(shí)現(xiàn)我們固態(tài)電芯自主可控，迭代開發(fā)高比能固態(tài)電池產(chǎn)品，助力東風(fēng)新能源躍遷。

  以上為我的報(bào)告，謝謝大家!