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

  在8月30日“生態(tài)專場一：固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)”中，北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司董事長兼總經(jīng)理俞會根發(fā)表了題為“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化探索及未來展望”的演講。

  北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司董事長兼總經(jīng)理 俞會根

  以下為演講實錄：

  尊敬的楊院士、董揚董事長、許總，各位專家：

  大家上午好!

  我是衛(wèi)藍新能源的俞會根，今天我分享的主題是《固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化探索及未來的展望》。

  我的報告主要分成三個部分：

  一、固態(tài)電池發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

  目前，針對鋰離子電池而言，固態(tài)電池有六類，包括固態(tài)鋰離子電池、以及從液態(tài)到混合固液再到全固態(tài)的不同類型。明確分類有助于后續(xù)工作的開展。

  從能量密度的角度上來講，固態(tài)電池可以極高，但是對于企業(yè)內(nèi)部來講，做固態(tài)電池我們一定要做一個安全的、成本可控高能量密度電池。如果不安全，固態(tài)電池就沒有意義，如果成本不可控，固態(tài)電池也沒有人用得起，所以在這個維度來講，我們一定要突破傳統(tǒng)液態(tài)電池能量密度的瓶頸。當(dāng)然，安全也非常重要，固態(tài)電池把里面的液態(tài)電解液換成了固態(tài)電解質(zhì)，它的安全性看起來可以提高，但是其實不是那么簡單的一件事，這里面還會涉及到其他很多方面的內(nèi)容。既然固態(tài)電池看起來比液態(tài)電池要安全得多，我們需要做的工作就是要把里面最容易著的液態(tài)電解液換成固態(tài)電解質(zhì)，有望可以實現(xiàn)高安全、高比能、長壽命、高倍率、寬溫度等這些優(yōu)點。因為有這么多的優(yōu)點，所以全球范圍內(nèi)很多人都做這個事。目前，主要還是聚焦在中國、韓國、日本，歐洲和美國也都在做，但他們的進度和中日韓比起來應(yīng)該還是有些差距。歐洲和美國也有參與，但進度相對滯后，美國的初創(chuàng)公司大多處于實驗室階段。既然全球范圍內(nèi)固態(tài)電池有這么多的企業(yè)都在做，剛才兩位都做了介紹，固態(tài)電池大概分為幾種：一個是聚合物，一個是薄膜，一個是硫化物，一個是氧化物。針對這幾種，其實都有它的優(yōu)點和缺點，目前看起來任何一種固態(tài)電池好像看起來都不是太完美。

  聚合物的全固態(tài)電池實際上在2011年法國就已實現(xiàn)量產(chǎn)，當(dāng)時有4000輛車在路上持續(xù)行駛。聚合物電池的優(yōu)點頗為顯著，能夠制造大容量電池且成本低廉。然而，它的缺點也顯而易見，工作溫度較高，需在60度以上，這可能導(dǎo)致能量密度難以提升，原因在于電力窗口的限制。

  薄膜電池主要依賴于真空鍍膜的技術(shù)，所以這個電池更做不大，一般都是毫安時，或者是微安時這個級別。目前來看，將其用作汽車動力電池和儲能電池幾乎不可能，而用于制作小型的人體植入式醫(yī)療電池則相對比較合適。

  為何硫化物電池在全球范圍內(nèi)，尤其是在中國備受關(guān)注呢?我認為主要有以下幾個原因：

  首先，硫化物的電導(dǎo)率相較于現(xiàn)有的電池更為優(yōu)秀。在硫化物電池的推進過程中，有幾點需要特別關(guān)注。

  其一，制造成本問題。倘若所有制造過程都需在零下50、60度的環(huán)境中進行，這將對成本產(chǎn)生較大影響，而其中硫化物固態(tài)電解質(zhì)本身的成本是最大的問題，必須設(shè)法降低成本。

  其二，針對硫化物固態(tài)電解質(zhì)的問題。之前提及的 500 兆帕或 600 兆帕的等靜壓問題，若能解決此問題，硫化物電池的發(fā)展將能夠大步邁進。

  其三，硫化物本身的環(huán)境友好性問題。在 2020 年日本奧運會期間，如果硫化物車遭到破壞并被點燃，將會引發(fā)何種后果?由此可見，環(huán)境友好性確實是一個較為重要的考量因素。

  其四，針對日立造船我們也一直關(guān)注，當(dāng)下它其實在 1 安時以下小電池這個級別已經(jīng)批量生產(chǎn)，也有銷售了。他們目前的計劃是，希望能在 5 安時這個級別實現(xiàn)硫化物的全固態(tài)，所以，從這個維度來講，硫化物要想把面積做大、做厚、疊層做多也是一個比較大的問題。

  此外，固態(tài)電池雖有諸多好處，但挑戰(zhàn)也不少，最大的挑戰(zhàn)就是界面。不管是硫化物、氧化物，還是聚合物，界面接觸問題都非常嚴重。如果界面接觸問題解決不好，全固態(tài)電池有可能一時的性能指標(biāo)良好，但長期的性能指標(biāo)和循環(huán)壽命指標(biāo)會欠佳。2016 年，中科院物理所團隊提出了原位固態(tài)化技術(shù)，通過對正極、負極、膜表面進行官能團修飾并加入原位反應(yīng)材料，使反應(yīng)在原子尺度和分子尺度上進行，從而解決界面問題，確保電池充放電和膨脹收縮過程中聯(lián)動。

  二、衛(wèi)藍固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的進展

  公司致力于研制混合固液電池，該技術(shù)與原位固態(tài)技術(shù)緊密相關(guān)。若完全采用原位固態(tài)化，部分指標(biāo)可能無法滿足需求，而加入少量液態(tài)物質(zhì)后，這些指標(biāo)可得到優(yōu)化，這主要歸因于界面問題和固固接觸問題。混合固液電池在國內(nèi)能夠興起，與它成功解決了界面問題密切相關(guān)。例如，在活性材料表面進行包覆，在隔膜或者電極中導(dǎo)入特定物質(zhì)，或者將液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為固態(tài)?；谶@些工作，混合固液電池能夠與現(xiàn)有的工藝和裝備相兼容。如此一來，我們在整體推進過程中，無論是在設(shè)備開發(fā)還是工藝開發(fā)方面，都將具備一定的優(yōu)勢。

  基于原位固態(tài)化技術(shù)，我們同步研發(fā)了一系列核心技術(shù)，包括固態(tài)電解質(zhì)拆混技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)包覆技術(shù)、固態(tài)電解質(zhì)涂層技術(shù)、超薄金屬鋰制備技術(shù)以及高精度負極預(yù)鋰化技術(shù)。正如方才金總所提及的超薄金屬鋰技術(shù)，我們不僅掌握該技術(shù)，還擁有相應(yīng)的裝備與產(chǎn)品。倘若各位對此感興趣，我們可在稍后進行深入交流探討?；谠还虘B(tài)化技術(shù)，我們對現(xiàn)有產(chǎn)線進行了全面梳理。大家可以看到，我標(biāo)注為紅色的部分，即為原位固態(tài)化與現(xiàn)有液態(tài)電池生產(chǎn)線工藝的區(qū)別之處。這三個區(qū)別點的差異并非顯著。其一，在均漿過程中需要進行預(yù)混操作;其二，在預(yù)鋰化環(huán)節(jié)需增添一道工序;其三，在原位固態(tài)化過程中存在一些細微差別。正因如此，對于現(xiàn)有的液態(tài)電池工藝，我們在原位固態(tài)化過程中基本能夠全面介入。基于此，我們公司已申請了五百余件專利，其中發(fā)明專利達四百多件。在海外專利布局方面，我們也申請了三十多件，目前已獲得授權(quán)的有二百多件。

  從整個固態(tài)電池的推進過程來看，如果我們僅僅是有了完善的構(gòu)想?yún)s沒有產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，那么我們的產(chǎn)業(yè)是難以發(fā)展起來的。因此，針對未來的發(fā)展，我們在整個產(chǎn)業(yè)鏈上進行了全面布局，涵蓋正極材料、負極材料、膜材料、電解質(zhì)材料以及超薄金屬鋰材料等。只有這樣，我們才有可能在全固態(tài)電池領(lǐng)域和混合固液電池領(lǐng)域?qū)?gòu)想轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并且是扎實可靠的產(chǎn)品。以下是我們的產(chǎn)品矩陣：

  首先是低空經(jīng)濟電池。在初始階段，如果直接投入做大容量的汽車動力電池，其串并聯(lián)的數(shù)量眾多，而在產(chǎn)量尚未提升之時，電池的一致性相對欠佳。所以我們先從無人機等低空經(jīng)濟領(lǐng)域的電池入手，這類電池的容量相對較小，串并聯(lián)的數(shù)量也較少，因此對一致性的要求相對較低。

  其次是儲能電池。當(dāng)前，儲能電池?zé)o疑是一個極具發(fā)展?jié)摿Φ姆较?。就目前而言，儲能電池主要以磷酸鐵鋰為主，但隨著其容量越做越大，安全性問題也日益凸顯。所以，磷酸鐵鋰儲能電池的固態(tài)化是必然的發(fā)展趨勢。

  最后是汽車電池。目前我們有兩種類型，分別是軟包電池和圓柱電池。以汽車動力電池為例，李斌總曾駕駛裝配有我們電池的車輛從上海到廈門，一次充電行駛了 1044 公里，剩余電量為 3%，并且是在冬天。這款汽車動力電池的能量密度為 360 瓦時每公斤。我們的 280 安時儲能電池也已實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。從目前來看，這款電池在安全性方面比液態(tài)電池有很大提升。

  我們還有一款 45 安時的軟包磷酸鐵鋰儲能電池。當(dāng)時，一位軍方領(lǐng)導(dǎo)考慮將其放置在有人員活動的雪下環(huán)境中，因此對該電池的安全性要求極高。我們對其進行了大量測試，大家可以看到，在針刺、擠壓、槍擊等測試中表現(xiàn)良好，但模組擠壓測試未能通過。

  固態(tài)電池雖有諸多優(yōu)點，但也存在不少令人焦慮之處：

  其一，當(dāng)下有人對混合固液電池的必要性存疑。實際上，萬鋼主席蒞臨我們公司后，給予了我們極具啟發(fā)性的觀點。他認為從混合固液電池到全固態(tài)電池，這是一個非常必要的臺階，如同一個梯子。如果一步跨越到全固態(tài)電池或許可行，但會極為艱難，有這樣一個過渡的梯子則會好很多。

  其二，國家政策支持方面。正如前面幾位專家所講，國家的支持對于固態(tài)電池的發(fā)展極有幫助。例如，就固態(tài)電池而言，從極致制造到極簡制造，目前看來是非常有可能的。

  在社會中，很多朋友向我詢問固態(tài)電池未來的成本問題，網(wǎng)絡(luò)上也有不少人質(zhì)疑固態(tài)電池將來究竟是便宜還是昂貴。在此，我大概羅列了一些觀點，以便與大家簡單探討一下。

  首先，在實現(xiàn)全固態(tài)電池后，由于只有鋰離子從正極跑到負極、再從負極跑到正極，所以原則上對于正極材料而言，我們只需其具備耐氧化性能即可。以往對于正極材料，我們希望其既耐氧化又耐還原，而現(xiàn)在對于正極材料，特別是碳酸鋰材料，依靠高電壓就能夠滿足需求，純度不再要求必須達到 99.99%，有可能 95% 便已足夠。若如此，基于材料方面我們就能夠?qū)崿F(xiàn)降本，我認為這是可行的。

  其次，從工藝降本角度來看，如果我們?nèi)∠煞姌O、干法預(yù)鋰化和老化等工序，一方面通用成本會降低，另一方面在生產(chǎn)制造過程中會大幅度降低電費。因為我們在正極表面已經(jīng)形成了 CEI，在負極表面已經(jīng)形成了 SEI，原則上化成的過程可以取消。

  再者，性能的提升能夠降低全生命周期的度電成本。

  最后，系統(tǒng)減重和系統(tǒng)簡化也能帶來降本。例如，現(xiàn)在整個電池系統(tǒng)一般在夏天需要配備空調(diào)，冬天需要 “穿棉襖”，而在固態(tài)電池應(yīng)用后，只需給它 “穿上羽絨服” 即可，無論冬夏都能讓其自成一個體系。整個電池的設(shè)計也能夠?qū)崿F(xiàn)降本。基于整個能量幅度的提升以及對整車的減重，對于汽車制造行業(yè)來說，輕量化是永恒的主題。因此，如果我們提升了電池的能量密度，那么對于電池的減重必然會有幫助。

  三、固態(tài)電池未來的展望。

  對于整個固態(tài)電池，我們給自己提出了一個要求，我們認為在 2027 年以前，全固態(tài)電池能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，按照我們的計劃應(yīng)該是可以實現(xiàn)的。同時，我們給自己設(shè)定了一個目標(biāo)，希望到 2030 年的時候，把全固態(tài)電池的銷售價格控制在 5 毛錢以下，目前看來還是有機會實現(xiàn)的。

  固態(tài)電池未來必將成為電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展的核心趨勢。混合固液電池將率先實現(xiàn)量產(chǎn)，全固態(tài)電池也會緊隨其后?；旌瞎桃弘姵卮蠖嗑劢褂谘趸锖途酆衔飳蛹?。而全固態(tài)電池的技術(shù)路線目前仍有多種，包括氧化物、聚合物復(fù)合，以及硫化物和其他類型。固態(tài)電池將從差異化競爭逐步擴大應(yīng)用范圍，我們認為這是大致的發(fā)展趨勢。

  我的報告到此結(jié)束，謝謝大家!