▲圖為天勁新能源CTO、研究院院長王強(qiáng)博士在臺上演講

2020年10月16日， 動力電池及產(chǎn)業(yè)鏈重量級行業(yè)盛會——“第五屆動力電池應(yīng)用國際峰會（CBIS2020）暨首屆中國新能源新材料（寧德）峰會”盛大啟幕。在主題論壇2上，天勁新能源科技股份有限公司CTO、研究院院長王強(qiáng)博士發(fā)表了題為“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)路徑的思考”的專題演講。

王強(qiáng)博士說：我匯報的題目主要分為四部分，第一部分是固態(tài)電池的簡單介紹；第二個是研究思路；第三個是解決方案；第四個是已取得的目前一點(diǎn)點(diǎn)研究成果。

固態(tài)電池，不想展開去講，因?yàn)楝F(xiàn)在行業(yè)里面研究固態(tài)電池挺多，我只是講一下我們目前，因?yàn)樘靹判履茉粗饕劢乖谲洶鼊恿@塊，所以做固態(tài)電池的基礎(chǔ)條件相對比方形或者圓柱好一點(diǎn)點(diǎn)，所以這個地方更多談到軟包實(shí)現(xiàn)路徑。因?yàn)楣虘B(tài)電池目前有一些共性的問題：第一個是固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低；第二個固態(tài)界面缺乏可視量化手段；第三個固態(tài)電池目前整個的制成工藝對產(chǎn)業(yè)的顛覆比較大一點(diǎn)，所以有沒有更簡單、成熟的辦法去做這個事情，下面會講到。

目前，整個行業(yè)電池的發(fā)展水平可能大家都會提到以后會發(fā)展到400Wh/kg或者500Wh/kg，但是考慮到目前材料儲備的情況，300Wh/kg到350Wh/kg來實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的初步量產(chǎn)，我覺得在兩到三年可能希望會大一點(diǎn)。我們這個地方的整個思路，在符合固態(tài)電解質(zhì)采用的是原位聚合，精準(zhǔn)固化，與現(xiàn)有的動力產(chǎn)線工藝兼容性比較好一點(diǎn)，這是目前實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)思路。第二個目前正極采用高鎳，負(fù)極采用硅氧。后面這個是和中科院聯(lián)合開發(fā)，后面會簡單談一下。

其實(shí)這里面的固態(tài)電解質(zhì)，這次談到的是聚合物的固態(tài)電解質(zhì)，會區(qū)分于傳統(tǒng)的硫化物或者氧化物固態(tài)電解質(zhì)。我感覺這幾年聚合物的電解質(zhì)還是會有更快的產(chǎn)業(yè)化的速度，因?yàn)樗壳安捎玫姆绞降谝粋€是小分子，第二個是離子液體，第三個塑化劑，實(shí)現(xiàn)路徑很多。我們天勁新能源目前采用的方案通過的是原位聚合的方式，我們在軟包這個層面，通過增加前軀體溶液，通過熱引發(fā)聚合的方式實(shí)現(xiàn)這個方式。整個的產(chǎn)線，包括整個作業(yè)方式，整個軟包工藝其實(shí)調(diào)整幅度非常小。我們做動力電池，目前行業(yè)里面做PACK上面會有很多防熱失控的辦法，比如說有云霧片，其實(shí)PACK有很多防止熱失控的方面。電芯有沒有熱失控內(nèi)生因素在里面，這是整個工藝目前實(shí)現(xiàn)途徑。目前，嘗試的結(jié)論是比較適合規(guī)模化量產(chǎn)，這里講到初步的性能。我們在整個的涂布工藝，包括聚合工藝上面其實(shí)做了很多的嘗試，有很多參數(shù)變量做了很多的優(yōu)化。包括現(xiàn)在行業(yè)對NCM811或者NCA有一些顧慮，我們這個方式可能在電芯內(nèi)部去植入一些防熱失控的方案，其實(shí)這個有一個很特別的地方，現(xiàn)有的國標(biāo)都能夠滿足，甚至安全測試的國標(biāo)的滿足性比NCM622或者NCM523的性能還要好。因?yàn)镹CM811有一個蠻特別的就是過沖能力比較強(qiáng)，會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的不管是NCM811和NCA，更多是熱失控怎么防控的問題，而不是國標(biāo)的測試要求。

這是我們總的思路，目前采用的就是鋰鹽引發(fā)DOL的開環(huán)聚合，聚合溫度大概50-60度，和軟包整個工藝?yán)匣臏囟缺容^接近一點(diǎn)。整個基本原理這個地方也不多講，因?yàn)橹皇强紤]到目前參考很多文獻(xiàn)，包括一些研究院所初步的結(jié)論，初步選了這個DOL進(jìn)行開環(huán)聚合。

這是目前做得一些相關(guān)的研究東西，其實(shí)會發(fā)現(xiàn)60度的熱聚合的DOL表現(xiàn)的已經(jīng)有聚合物或者高分子的特性，因?yàn)檫@里面暫時沒有加增塑劑，包括其他的添加劑，所以離子導(dǎo)電率低一點(diǎn)。這個看到離子導(dǎo)電率已經(jīng)非常接近目前能夠使用的電解液的要求，因?yàn)槲覀冊谡麄€的應(yīng)用偏向于純電動動力電池這塊，所以說整個的倍率要求，包括整個能量密度的要求，相對來講還在一個可控范圍之內(nèi)，所以后面會看到整個測試的性能。這個地方要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，整個的過程中其實(shí)隔膜是會存在的，包括陶瓷涂層也是會存在，只不過注液的時候有一些變化。不管是剛才談到的鋁塑膜，包括隔膜，包括陶瓷涂層，包括常規(guī)的這些正負(fù)極材料采用原位的方式。

這是和科研院所一起開發(fā)的設(shè)備，主要解決在固態(tài)電池或者半固態(tài)電池的過程中，電極與電解質(zhì)接觸過程中，怎么樣原位表征這個應(yīng)力的方式。因?yàn)闀l(fā)現(xiàn)原位應(yīng)力在電池進(jìn)行充換電，或者限定一個電壓窗口，或者不同的溫度下進(jìn)行測試的時候都可以實(shí)時監(jiān)控正極材料與電解液的固態(tài)電解質(zhì)目前的接觸應(yīng)力，我們后面其實(shí)也有很多的數(shù)據(jù)，只是這個地方我們沒有把它完全展開，因?yàn)榻裉熘饕v思路會多一點(diǎn)。

王強(qiáng)博士認(rèn)為，目前固態(tài)電池制造相對來講是一個最核心的，不管將來做金屬鋰，還是目前的石墨、硅氧使用范圍是一樣的，這個適用比較多的體系。PPT上面講的是復(fù)合鋰，本身企業(yè)做研發(fā)或者跟高校合作，金屬鋰用的多一點(diǎn)。目前，采用的方式用的是石墨加少量的硅氧，配合高電的正極進(jìn)行同步精準(zhǔn)的固化，利用的是現(xiàn)有的軟包生產(chǎn)工藝。這是目前初步的一個性能，這是第一個產(chǎn)品目前能量密度大概是在277Wh/kg，體積是568Wh/L，整體循環(huán)壽命還有優(yōu)化的空間，只是說可能對目前的固態(tài)電池或者原位聚合的過程參數(shù)還需要進(jìn)一步的去進(jìn)行優(yōu)化。

這是第二個產(chǎn)品能量密度在302Wh/kg，配合的是硅氧加石墨，整個循環(huán)性能目前還不是說特別優(yōu)異，因?yàn)檫@和目前的固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)入會有一些關(guān)系。如果采用常規(guī)的這種液態(tài)電解質(zhì)，循環(huán)壽命比這個要好一點(diǎn)點(diǎn)，就是后續(xù)還需要改進(jìn)的一些地方。剛才也提到了，再強(qiáng)調(diào)一次，我們做這個事情最后的出發(fā)點(diǎn)就是要在電池內(nèi)部植入一個能夠防止電池?zé)崾Э鼗蛘邿釘U(kuò)散的這么一個關(guān)鍵的組成或者一個組分放在里面，這和原有的液態(tài)電解質(zhì)的方式會有一些不一樣的地方。這也是除了在行業(yè)發(fā)展中，更多從PACK層面進(jìn)行熱失控或者熱擴(kuò)散的防控。有沒有可能在電池內(nèi)部干這么一個事情，我們還在探索，希望得到大家的批評指正。

剛剛電芯出來之后，其實(shí)我們也在思考今年行業(yè)的PACK創(chuàng)新能力還是很大的，不管是刀片電池，還是CTP，對軟包來講，這種方式好像很難去實(shí)現(xiàn)CTP的方式，CTC可能更難。我們作為一個軟包動力的供應(yīng)商，其實(shí)我們也在思考將來有沒有機(jī)會去做到比如說在電芯的單體能量密度還沒有大幅的提升情況下，有沒有機(jī)會像方形那樣去做一些輕量化或者一些提升系統(tǒng)能量密度的方式。目前采用的方式還是盡量把這個模組做大一點(diǎn)，里面看到整個方式采用的塑料框架的PACK方式。這頁表示的是整個換電的電池包最后的一個形態(tài)，因?yàn)檫@個換電電池包標(biāo)準(zhǔn)箱最后的組成由四個標(biāo)準(zhǔn)箱組成，每個標(biāo)準(zhǔn)箱15度電，運(yùn)用在物流車或者應(yīng)用在乘用車上面，標(biāo)準(zhǔn)配套60kWh的電量，這也是目前和杭州一家公司一起合作的換電電池包。所以整個過程當(dāng)中會看到一個標(biāo)準(zhǔn)箱里面總共只有2個模組，采用大框架加上整體灌膠方式，上面有很多鏤空的結(jié)構(gòu)，里面灌的是阻燃的膠，也有導(dǎo)熱的參數(shù)在里面。

總的來說，做動力電池希望不僅僅是從PACK層面，而且還需要從電芯的層面更多去思考將來電池行業(yè)的發(fā)展。因?yàn)楝F(xiàn)在來講，因?yàn)槲覀儽旧磉@個行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在其實(shí)已經(jīng)慢慢又回到原來的磷酸鐵鋰的這么一個狀態(tài)，可以看到很多不管是商用車，還是部分乘用車，慢慢轉(zhuǎn)回到鐵鋰狀態(tài)。三元是不是沒有什么發(fā)展前途，其實(shí)我覺得技術(shù)還是在不斷進(jìn)步，可能在未來1到2年，在三元安全性方面，我想會有一個比較大的突破，這時候整個行業(yè)的路徑或者是整個行業(yè)的研究方向都會有一個比較大的變化。磷酸鐵鋰是一個很好的方式，但是我覺得在三元上面，我們還是要同心協(xié)力，大家共同進(jìn)步。

謝謝大家！