蜂巢能源-陈少杰：《全固态锂电池技术研发挑战与思考》

7月7日，2021中国国际锂电产业大会（简称金砖锂电论坛）在上海 汽车 会展中心顺利召开。本届金砖锂电会议为期两天，主题为以“新技术、新应用、新发展”为主题，采用“会议论坛+展览展示+体验营销”三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。

蜂巢能源 科技 有限公司的固态电池研发总监-陈少杰出席论坛并发表主题演讲——《全固态锂电池技术研发挑战与思考》。

以下为演讲实录：

各位专家、各位老师，上午好！非常荣幸有这个机会和大家分享和交流，因为之前我很长一段时间在中科院工作，后面加入了蜂巢，所以接下来我将结合这两个工作单位的工作经验，同大家进行汇报。

一、背景介绍。

固态电池主要是有几方面的优势：

1、固态电解质替代了易燃易爆的电解液，所以它相对比较安全。

2、固态电解质的非流动性，可以实现电芯内部的串联、升压，一方面可以降低电芯的包装成本，另一方面可以提升体积能量密度。

3、因为它比较安全，所以在PACK层级可以不用或少用冷却系统，进一步提高空间利用率，它也被认为可以匹配更高压的正极材料，同时可以使锂金属负极成为可能。

正因为它有这些优点，所以国内外对技术展开了广泛的研究，就全固态技术而言，最具代表性的企业有丰田、三星等。

从专利的申请趋势来看，其实70年代开始，欧洲和美国率先在聚合物电解质方面开始了申请。2000开始，大规模的申请在无机固体电解质材料方面，主要是在日本。

中国是2010年以后才有无机固体电解质的大规模申请，近几年也呈现爆发式的增长，可见技术的热度。

在产业界也呈现了对该技术的高度热情和关注，一些非常著名的公司、伟大的公司，包括丰田、大众、福特、宝马、奔驰等等，都对该技术进行了投资和布局，丰田更是计划这个月在东京奥运会展示装有全固态电池的概念车。

回过头来看，固体电解质的类型目前研究比较多，并且有产业化尝试的有三类：硫化物、氧化物、聚合物。

室温电导率方面，硫化物比较高，氧化物次之，聚合物最低。

二、聚合物电解质体系全固态电池。

聚合物最具典型的代表是PEO类，通常认为氧原子和锂离子络合解离再络合的形式进行传导，PEO具有比较高的结晶度，所以室温下自由移动体积比较小，通常电导率比较低，只有10的负6次。

常用的改性方式是通过加入无机的填料，包括导离子的快离子导体，以及不导离子的惰性填料。

通过引入无机电质可以形成两方面的效益：

（1）通过路易斯酸碱理论可以提高锂离子的迁移数。

（2）形成交联中心，降低PEO洁净度，提高电导率以及机械性能。

这方面之前做过比较多的研究，整个来看电导率大概可以达到10的负4次水平。

除了无机的复合，也可以通过分子结构的设计层面来对它进行改性，通过交联、接枝、共聚等等，形式上可以采用热固化、光固化的形式。比较遗憾的，目前电导率还是没有超过10的负3，尤其在室温条件下。

在聚合物全固态原型锂电池的验证方面，曾经我们也做过一个工作，拿磷酸铁锂的极片表面直接涂布共聚的小单体，利用光或热进行固化，来构建正极和电解质一体化的结构，降低界面阻抗。

比较遗憾的，电解质的电导率比较低，软包电池只能在60度下面才有比较好的电池性能，进一步也利用聚合物的非流动性来验证和实现了内串结构。确实可以一个包装，一个电芯封装内实现内部升压。

在产业化方面，涉及比较多的就是薄弱雷（音）技术，包括三千辆的出租车，以及最近在梅赛德斯、奔驰上电动公交车上的应用，他们采用的生产方式主要是挤压成形，进行卷对卷大规模的生产。

整个电芯采用磷酸铁锂为正极，PEO为电解质，金属锂为负极，整个电池模组上不需要冷却系统，整个电芯工作是在60-80度下才能工作，事实上在这个温度下，聚合物属于一种熔融状态，所以缺乏一定的机械强度，最近因为发生了一些绝缘短路的事件，进行了召回。

总体而言，聚合物的优势在于分子结构设计比较灵活，想象空间比较大。另外它的工艺比较简便，对兼容稳定性比较好。

具备挑战是锂离子的传输性能不够高，尤其是窗口比较窄，在锂离子输运机制、动力学和宏观性质的基本认识还存在着一些问题。

三、氧化物电解质体系全固态电池。

在座有很多专家，我说得不对还请指正，氧化物主要类型是钙钛矿型、NASICON型和石榴石型。

钙钛矿型典型的代表是LLTO，通常离子电导率比较高，缺点是对金属锂接触不稳定，锂可以把四价钛还原成三价。

NASICON的典型代表是LATP、LAGP，通常电导率只有10的负4次，但是稳定性比较好，而且电化学窗口比较宽，同时粉体比重相对比较轻。它的缺点也很明显，电导率比较低，而且做成陶瓷电解质薄弱韧性不足，对锂不稳定。

LLZO是典型的石榴石型的代表，电导率比较高，可以达到10的负3次，电化学窗口也比较宽。但是合成价格比较高，另外比重比较大，而且片材比较脆，空气中也会有些副反应。

蜂巢能源在氧化物方面，包括粉体和陶瓷片也有积累，进行了相应的研究，在氧化物全固态锂电池验证方面做过一个工作，拿LAGP陶瓷片作为电解质隔膜，同时正极用磷酸铁锂，负极用金属锂，并用PEO进行保护。

整个电池在60度工作温度下，有非常好的循环，但是这里要提到一点，陶瓷片如何做薄，把比重减轻是非常大的技术挑战。

在产业化方面，氧化物主要还是日本、韩国有比较多的研究，主要他们在微型器件上，包括传感器、电脑芯片等方面都有一些全固态电池的应用。

当然TDL公司也采用有机、无机复合的方式来制造软包电池，也可以制作2安时、4安时的软包，但是电芯需要在温度比较高的环境下进行工作。

右边的图是前段时间非常火的Quantum Scape技术，技术的核心是把陶瓷片做薄，做得基本可弯曲，单片电池表现出非常好的电池性能。

我认为电池要做大还是有一定的难度，所以整体而言氧化物稳定性是非常好的优势，存在的挑战是室温电导率比较低，颗粒比重比较重，成膜性不好，部分对空气敏感，而且堆叠技术存在一定的困难。

四、硫化物电解质体系全固态电池。

硫化物电解质有Thio-lisicon（音）体系，通常分为三元体系、二元体系。

1、三元体系。

以硫化锂和五硫化二磷以外，再引入第三种组分，通常是硫化锗、硫化硅、硫化锡、硫化铝这些材料，可以构建三维离子通道，导电率比较高。

但是硫化锗、硫化硅这些材料非常昂贵，一克要四五百块钱，而且很多公司由于储存的问题已经停产，所以个人认为这类材料要产业化，可能成本控制上会是比较大的挑战。

2、二元体系。

二元体系顾名思义以两种原材料：硫化锂、五硫化二磷，硫化锂占硫化物电解质成本达到70%以上，甚至达到90%，所以从这里可以思考，如何把硫化锂的用量进行减少，来进一步控制成本。

3、硫银锗矿。

最具典型的代表就是锂六磷硫五氯，三星和日立造船公开的报道，都是采用了该种电解质。

制备方法上，通常有球磨法、熔融萃取法、液相法，以及最近的气相法，我觉得这些都是非常好的进展，可以进一步从放量制造的工艺上降低成本。

最后要提到一点是硫化锂的合成优化，事实上由于整个产业链没有形成，大家对硫化磷的合成方案没有进行过多的关注，实际上硫化锂有很多种合成方案。

从电解质材料降本的维度思考，一方面可以从原料硫化锂合成方案进行优选，以及达到规模化，完全可以做到9000元每公斤以下，进一步结合电解质组成设计的优化，把成本再降到5000元每公斤以下，进一步利用规模化效应降到100万每吨以下是完全有可能的，这是成本控制方面的思考。

当然还有个稳定性，我们都说硫化物不稳定，实际生产过程中我们就要有面临溶剂的稳定性，包括干房的稳定性。

我们以前的工作表明通过非极性溶剂的选择以及元素掺杂，能够一定程度上进行改善。

还有对锂稳定性，二元体系比三元体系更加来得稳定，因为它是可逆反应。另外通过材料的改性，比如碘化铝掺杂314（音）体系，也可以显著提升稳定性，同时也可以通过界面改性，包括锂金属的保护等等手段，都可以进行相应的改性。

产业化方面，对外报道比较多的是Solid Power，采用传统锂电池的制备方式。按照他们的说法，他们把注液、化成和排气制成设备和场地全部减下来，计算出来的成本可以降低34%。

因为固态电芯相对比较安全，所以PACK层面不需要冷却系统，也可以相应降低9%，整个电芯采用NMC三元高镍系列，负极是高含硅负极、金属锂，电解质是硫化物。

他们计划今年的Roadmap是340瓦时/公斤，720瓦时/升，计划2026年进行量产，认为锂金属会比2026年晚。

硫化物最大的优势是室温电导率比较高，质量较柔软。挑战是稳定性比较差，确实难度非常大，工程化技术非常难。

另外一点通常被疏忽的，全固态电池真正在工作过程中，需要外界的束缚压力，目前我们国内对这方面研究比较空白，在日本方面从电芯、模组、PACK方面不同的维度提出了解决方案，可以供我们参考。

接下来跟大家汇报一下蜂巢能源在全固态方面的进展，首先电解质材料，我们也开发了在干房中两小时内保持96%的电导率，已经形成了百克级的能力。

进一步我们也做了正极，开发了4毫安时每平方厘米的正极极片，在室温条件下是01C充放放，首效可以达到963%，克隆量可以达到220，这个01C倍率完全可以接近现在液态的水平。

循环方面，我们选择了1/3 C倍率。这个循环来看，目前也是可以有比较好的循环，但是倍率方面我们确实要下一步重点的工作。

同时我们也想把极片做得更厚，做成5毫安时每平方厘米厚电极，很遗憾首效下降了，比容量也有所损失，这是接下来要攻关的难题。

电解质膜方面，我们也用了湿法涂布的方式，室温条件下厚度可以达到20-30微米，跟三星报道的数据基本接近，蜂巢能源从材料工艺、组件、器件、测试方面形成了积累，也申请了专利54项。

目前开发的AH级全固态锂电池，正极采用三元高镍材料，负极是以硅基的合金材料为主，电解质和电解质膜是我们自主开发的，能量密度可以达到320瓦时/公斤，安全性上面有充分保障，也通过了针刺以及进行了一些裁剪火烧的演示。

四、总结及展望。

无论是氧化物、聚合物，硫化物都有各自的优缺点，我们认为关键材料固体电解质的革新和突破是加速全固态技术应用的关键，我们也很欣喜地看到有卤化物等新型的材料出现，给了我们更大的选择。

除了材料方面，还需要解决加工层面的问题，主要包括四个方面：

（1）改善材料和界面的控制。

（2）解决加工的挑战和成本。

（3）表现出超越先进锂离子电池的性能。

（4）保持固态电池组的最佳堆叠压力，而不影响成本和能量密度。

我们认为以3C消费类、特种电池等应用需求为目标的全固态电池会在短期内实现，事实上在日本航天航空领域已经实现，而满足电动 汽车 所需性能、成本和可制造性的全固态电池可能需要更多的时间。

我们蜂巢能源作为定位于因创新而前进，打造伟大公司的企业，愿意持续关注这个技术的发展，谢谢大家！

近日，据海外媒体报道，宝马正与韩国电池供应商寻求合作，以实现全固态电池的生产。固态电池使用固态电解质，而非液态电解液，因此安全性更高。此外，固态电池能够使用锂金属作为电池阴极，而非石墨和硅，因此能够明显提升能量密度，触电能力将获得飞跃。
有消息人士称，宝马计划在德国建立固态电池试点生产线，很有可能建在其位于帕斯多夫的电池制造中心，宝马在该中心花费了17亿欧元。宝马有可能与三星SDI进行合作，上个月，三星副董事长Lee Jae-yong和三星SDI首席执行官Choi Yunho与宝马首席执行官Oliver Zipse进行了会面。此前，三星和宝马已经在电池领域合作了十多年。三星SDI从去年开始与车企共享其发展蓝图，并大力宣传固态电池技术。
编辑观点：电池材料的发展遭遇瓶颈，目前无非是三元锂离子电池和磷酸铁锂电池。因此，无论是宁德时代还是比亚迪都将电池的发展聚焦到了电池封装技术上，寄希望通过优化封装技术从而提升电池组的能量密度。如果全固态电池技术得到突破，动力电池行业将获得颠覆性突破。
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图文/奥拓快

在德国人卡尔•本茨发明汽车后的一百多年里，内燃机的技术不断向前发展。但是，随着汽车行业向着新能源方向转型，越来越多的电动汽车走上舞台，逐渐成为市场的主角。与之相对应的是，动力电池技术也开始突飞猛进。

1、铅酸电池

电动汽车并不是最近几年的新产品，早在1990年，通用汽车在洛杉矶车展上展出的一款双座概念跑车EV1，它是通用开发的第一辆现代化电动汽车。1996年通用EV1开始量产，采用的是铅酸电池，可产生173马力，在8秒左右完成百公里加速。

铅酸电池作为一项早期技术具有重量大、能量密度低、低温条件下性能衰减快，续航严重缩水等问题。据悉EV1所携带的165-187kWh的铅酸电池重量高达522公斤，续航里程大约88公里。同时该电池使用寿命很短，每隔几年就必须换一次。

最终铅酸电池技术逐渐被电动汽车所淘汰，最早的1117辆电动汽车通用EV1也于2003年寿终正寝。

2、镍氢电池

镍氢（NiMH）电池的出现给电动汽车重新回到舞台提供了契机，一开始主要用于混合动力车型以及日产聆风等早期纯电动汽车上面。

和铅酸电池相比，镍氢电池有着更大能量密度和更长的使用寿命。但是镍氢电池同样在低温环境下会出现性能衰减快，续航严重缩水等问题。同时镍氢电池的生产成本更高，闲置时放电速度很快，因此必须经常进行充电。

3、锂离子电池

锂离子电池是当下电动汽车主要使用的动力电池，分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。

三元锂电池是指以镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为正极材料，以石墨为负极材料，以六氟磷酸锂为主的锂盐作为电解质的锂电池。磷酸铁锂电池是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池。

比较而言，三元锂电池在低温性能、过充过放性能、能量密度上优于磷酸铁锂电池。但是三元锂电池热稳定性较差，容易出现热失控，因此在2016年初，工信部曾禁止新能源客车配套三元锂电池。

磷酸铁锂电池热稳定性较好，但是低温性能较差，能量密度也明显低于三元锂电池。另外一个就是磷酸铁锂电池成本低于三元锂电池，因为三元锂电池正极含有贵金属，价格相对要高不少。国内新能源市场的销量王-比亚迪就以生产磷酸铁锂电池而闻名。

4、固态电池

固态电池被广泛认为是电动汽车电池技术的未来，它依赖于固体电极和固体电解质，而不是上述所有电池类型中的液体或凝胶聚合物。

从理论上讲，固态电池将彻底改变纯电动汽车，因为它们的固体构成将大大提高充电和放电速率，极大地提高能量密度，减轻重量，减少火灾的可能性，并提高可循环性和使用寿命。

相对而言，固态电池是非常完美的电池技术。然而，该电池仍然处于实验室阶段，尚未实现量产。尽管过去几年曾不断有传言称固态电池将在几年内实现量产，但是几年时间过去了，依然没有实质性的突破。

不过，也不用灰心，半固态电池作为全固态电池的过渡产物已经来到了量产前夕。2023 年 2 月 23 日，国轩高科在投资者互动平台上表示，半固态电池预计于 2023 年实现装车交付。

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全球能源危机和环境污染问题日益突出，节能、环保有关行业的发展被高度重视，发展新能源 汽车 已 经在全球范围内形成共识。不仅各国政府先后公布了禁售燃油车的时间计划，各大国际整车企业也陆续发布新 能源 汽车 战略。据有关研究机构发布 的《中国新能源 汽车 行业发展白皮书 （2021 年）》中数据显示，2020 年，全球 新能源 汽车 销量达到 3311 万辆，同比 增长 498%，相比于 2011 年的 51 万辆 十年时间销量增长 639 倍，白皮书预 测 2025 年全球新能源 汽车 的销量将达 1640 万辆，整体渗透率将超过 20%。 在极其严重的疫情环境下，2020 年全 球新能源 汽车 销量数据远超预期。白 皮书统计数据显示，2020 年，全球新能 源 汽 车 用 动 力 电 池 的 出 货 量 达 到 1582GWh，预计到 2025 年对动力电池 的需求量将达到 9194GWh。 据相关新能源机构预测：全球储 能设施将成倍增长，对储能电池的需 求从 2018 年的 9GW/17GWh，到 2040 年 的 1095GW/2850GWh。 未 来 20 年 里 ， 增长 122 倍，市场规模将达到 6620 亿 美元。多家评级机构将储能定义为 “下一个万亿大市场”。国内有关能源 研究院同样认为，中国新型储能将迎 来快速增长，预计 2060 年装机规模将 达 42 亿千瓦（420GW）左右，这一目标 比 2020 年底新型储能装机规模将增长 接近 140 倍。除了装机规模外，从投资 金额看，光大证券测算在 2030 年储能 投资市场空间将达到 13 万亿元，2060 年达到 5 万亿元。

随着下游应用领域的不断拓展和 需求增长，对锂电池行业提出了愈来 愈高的要求，锂电池技术也由此不断 进步，向更高的比能与安全性进发。从锂电池技术发展的路径来看，液态 锂电池能够实现的能量密度已经逐渐 接近了它的极限，固态锂电池因其高 安全性、高能量密度、高循环寿命、宽 温工作环境等优势将是后锂电时代发 展的必经乃至终极之路。中国实现 “3060”双碳目标的政策要求以及新能 源车用动力系统、储能系统两大应用 领域对安全型固态电池的消费正在形 成巨大的市场需求。

国家对固态电池的应用发展政策频出 从国家动力电池政策方面来看， 2019 年 12 月，我国发布了《新能源汽 车产业发展规划（2021-2035）》（征求 意见稿），提出了加强固态电池研发和 产业化进程的要求，首次将固态电池 上 升 到 了 国 家 层 面 。 2020 年 11 月 2 日，国务院办公厅正式发布《新能源汽 车产业发展规划（2021-2035 年）》。到 2025 年，纯电动乘用车新车平均电耗 降至 12 千瓦时/百公里，新能源 汽车 新 车销售量达到 汽车 新车销售总量的 20% 左 右 。 固 态 电 池 产 业 化 被 列 为 “新能源 汽车 核心技术攻关工程”。 从国家储能产业政策方面来看， 我国力争在 2030 前实现二氧化碳达 峰，在 2060 前实现碳中和的目标（简称 “3060”目标）已经确定，实现“双碳”目 标是国家的重大决策部署，是一场广 泛 而 深 刻 的 经 济 社 会 系 统 性 变 革 。

2021 年 3 月 15 日，中央 财经 委员会第 九次会议研究实现碳达峰、碳中和的 基本思路和主要举措，会议指出要“构 建以新能源为主体的新型电力系统” （简称“构建新型电力系统”）。 在碳达峰、碳中和国家战略目标 驱动下，储能作为支撑新型电力系统 的重要技术和基础装备，其规模化发 展 已 成 为 必 然 趋 势 。 2021 年 4 月 21 日，国家发改委、国家能源局发布了 《关于加快推动新型储能发展的指导 意见（征求意见稿）》（以下简称《指导 意见》），引起了储能行业乃至能源行 业的广泛关注，业界对《指导意见》的 发布给与了高度的肯定，并积极反馈 意见。7 月 23 日，国家发改委、国家能 源局在充分征求各界建议的基础上， 正式发布了《指导意见》。自此，我国 储能领域出现了储能政策发布的三波 段。 储能政策第一波。7 月 23 日，国 家发展改革委、国家能源局正式联合 发布《国家发展改革委 国家能源局关 于加快推动新型储能发展的指导意 见》。《指导意见》从国家层面首次提出 装机规模目标：预计到 2025 年，新型储 能装机规模达 3000 万千瓦以上，接近 当前新型储能装机规模的 10 倍，该发 展前景和市场规模给行业带来巨大信 心。

市场消费层面对固态电池的应用 呼声日益高涨 首先，新能源 汽车 行业的快速发 展，推高了对固态电池应用的需求。 固态电池主要应用于新能源 汽车 等， 受国家政策推动影响，新能源 汽车 行 业快速发展。根据中国 汽车 工业协会 数据显示，我国新能源 汽车 在 2011- 2018 年之间高速发展，销售呈现爆发 式 增 长 ，7 年 间 销 量 增 长 超 150 倍 ， 2019 受补贴大幅度滑坡等影响，销量 有所下降，2020 年疫情逆势上升，达到 了 13673 万辆的新高，同比 2019 年增 长 134%。随着下游新能源 汽车 需求 规模快速增长，固态电池行业发展前 景广阔。

其次，储能行业需求上升。全固 态电池从根本上解决了安全性，被公 认有望突破电化学储能技术瓶颈，满 足未来发展需求的新兴技术方向之 一。在电化学储能方面，目前锂电池 占电化学储能比重达 80%。根据 CNE⁃ SA 数据显示，2020 年电化学储能累计 装机规模为 32692MV,同比 2019 年增 长 91%,而结合国家对能源发展的指导 方针，电化学储能在用户侧、可再生能 源并网配套等领域的需求有望迎来快 速增长，固态电池发展前景明朗。 构建新型电力系统对固态电池应 用具有迫切需求 当前，国家电网正在着力推进电 网业务转型升级，围绕“双碳”目标，加 快新型电力系统建设，服务新能源发 展。新型电力系统是以新能源为供给 主体、以确保能源电力安全为基本前 提、以满足经济 社会 发展电力需求为 首要目标，以坚强智能电网为枢纽平 台，以源网荷储互动与多能互补为支 撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高 效、智能友好、开放互动基本特征的电 力系统。 构建以新能源为主体的新型电力 系统，是实现碳达峰、碳中和最主要举 措之一，储能必将肩负重任。未来，新 型电力系统的规划建设需要建立多层 次，集中式与分布式并举，调频调峰与 削峰填谷高渗透的储能系统。 构建以新能源为主体的新型电力系统，意味着风电和光伏将是未来电 力系统的主体，煤电降成辅助性能源， 需要在电能的产、送、用全链条加大投 入力度。从电源侧看，为了解决新能 源装机带来的随机性、波动性问题，必 须加快推动储能项目建设；从电网侧 看，保障供电可靠、运行安全，需要大 幅提升电力系统调峰、调频和调压等 能力，需要配置相关技术设备；从用户 侧看，政府鼓励用户储能的多元化发 展，需要分散式储能设施与技术。长 远来看，这是推动电力行业高质量发 展、实现碳达峰、碳中和目标的必要之 举。 在新能源高占比电力系统中，因 为集中式的风电、光伏大规模接入，发 电侧的新能源随机性、波动性影响巨 大，“天热无风”、“云来无光”，发电出 力无法按需控制。同时在用电侧，尤 其是大量分布式新能源接入以后，用 电负荷预测准确性也大幅下降。这意 味着，无论是发电侧还是用户侧都完 全不可控，所以传统的技术手段和生 产模式，已经无法适应高占比新能源 电网的运行需求。 电力即产即用的特性，任何时候生产 量和需求量都需要严格匹配。像光伏 如果白天发的电如果太多，不能及时 存储下来并网就只能白白浪费，这也 是“弃光”严重的原因之一。而要解决 “弃光”的问题，很重要的一个手段就 是储能。仅从 2019 年上半年看，弃风 较为严重地区：新疆、甘肃和内蒙古， 弃风率分别为 170%、101%和 82%。 而目风电、光伏的发电量占比还处于 个 位 数 阶 段 ，预 计 2030 年 将 提 升 至 25% ，到 那 时 候 ，这 个 矛 盾 会 更 加 凸 显。 在各种储能方式（抽水、飞轮、压 缩空气、钒液流、铅酸电池、磷酸铁锂 等）中，锂电池的电化学储能无疑是最 灵活方便的，具备快捷响应能力。储 能解决了新型电力系统对发输配用的 即时性，形成在新能源高占比情况下 电力系统的“生产-传输-储存-利用” 的闭环。 因此，无论是新能源车需要的动 力电池，还是新能源消纳配备的大规 模储能都需要大量的电池，固态电池 的产业化势在必行。 固态电池的高容量、高密度、高安 全性使其未来应用更广阔 2019 年 12 月 10 日，中国工程院战 略咨询中心等联合有关单位发布了 《全球工程前沿 2019》报告。报告围绕 9 个领域，遴选出年度全球工程研究前 沿 93 项和全球工程开发前沿 94 项。 其中电池方面的前沿工程占据两席， 固 态 锂 电 池 成 为“ 官 宣 ”发 展 趋 势 。 2020 年 12 月 18 日，中国工程院发布 《全球工程前沿 2020》报告。遴选出年 度工程研究前沿技术方向 93 项和工程 开发前沿技术方向 91 项。其中“基于 固态锂电池与锂电容器技术的全天候 ‘功’‘能’兼备的电化学储能系统”为 化工、冶金与材料工程领域 Top10 工程 开发前沿之一，仅 2019 年全球发表相 关核心专利 199 篇。 在此前工信部颁布的《中国制造 2025》亦指明：“到 2025 年、2030 年，我 国动力电池单体能量密度分别需达到 400Wh／kg、500Wh／kg”。 从 技 术 潜 力角度来看，磷酸铁锂体系理论能量 密度约为 170Wh/kg，三元锂电池理论 能量密度是 300 350Wh/kg，同时存在 热分解温度低、易燃烧爆炸等安全性 问题，二者能量密度提升空间相对较 小。相对传统锂电池 350Wh／kg 的天 花板，理论能量密度达到 700Wh／kg 的固态电池，能量密度提升潜力大，更 是全球公认的最安全的电池，已然承 载起安全与能量密度全面提升的使 命。 在动力电池技术方面，核心技术 攻关方向上重点提到电池技术突破， 一是开展正负极材料、电解液、隔膜、 膜电极等关键核心技术研究；二是加 强高强度、轻量化、高安全、低成本、长 寿命的动力电池和燃料电池系统短板 技术攻关；三是加快固态动力电池技 术研发及产业化。从目前规划的情况 来看，我国固态电池的研发目标主要 为能量密度的提升（轻量化）、正极材 料体系去钴化（降低成本）、提升固态 电解质离子电导率和降低界面阻抗 （安全性及实用性）等方面的进步。 在储能电池技术方面，新型电力 系统基本要素包括：电源、电网、负荷、 储能、战略备用几个部分，有很多显性 技术特征，比如绿色低碳、灵活高效、 多元互动、高度市场化等。灵活性建 设是新型电力系统的六大核心改造路 径（网架建设、灵活性建设、数字化转 型、调度能力升级、电能替代及节能改 造、市场机制建设）之一，而灵活性建 设最相关的产业链为新型储能，主要 涉及到锂电池产业链。 从技术角度来看，相比更加稳定 的煤电，新能源发电存在瞬时特性的 电能储存难题，电力需求旺盛时不一 定 能 发 出 来 ，需 求 较 低 时 又 可 能 超 发。而我国大部分的电网系统，是按 照传统“源随荷动”的理念建设发展起 来的。构建以新能源为主体的新型电 力系统，就要适应清洁能源的不稳定 性，这要求电网具备“荷随源动或源荷 互动”的能力。因此，要用更智慧的输 送和需求管理方式，配合电源的低碳 化转型和用户侧的用电需求引导建设 电网，最大程度提高新能源发电的利 用效率，实现电力行业减碳目标。 从安全角度来看，与传统的、用于 纯电动车的锂离子电池相比，固态电 池无论是功率密度还是安全性等方 面 ，都 比 锂 离 子 电 池 有 更 出 色 的 表 现。例如，令消费者纠结的安全问题、 续航问题、冬天怕冷夏天怕热问题、怕 火怕水问题等，固态电池都可以解决。 在能量密度方面，如今较好的动 力电池系统只有 220Wh/Kg 左右，而固 态电池不考虑成本因素可以轻松做到 450Wh/Kg 以上。如今使用 NCM811 的 纯电动车已经可以续航 600 公里，那 么，将这个数字乘以 2，大概就是固态 电池的续航数据了。换句话说，装载 固态电池技术的纯电动车，续航至少 1200 公里。 此外，由于固态电池耐高温不怕火，对 温度不敏感；体积小，甚至可以随意折 弯，因此，同样的空间中，可以放置多 得多的固态电池电芯。也就是说，续 航 1200 公里的数据，仍然有极大的向 上发展空间。固态电池采用不可燃的 固态电解质替换了可燃性的有机液态 电解质，大幅提升了电池系统的安全 性，同时能够更好适配高能量正负极 材料并减轻系统重量，实现能量密度 同步提升。

英诺贝森：固态电池业界即将崛 起的一匹黑马 近年来，电动车电池爆炸、电动 汽车 起火等安全事故频出，爆炸已成 为目前的动力电池系统较为常见的 危害表现，一旦发生事故所造成的影 响也更为严重，不但会造成财产损失 和环境破坏，甚至会造成人身伤害或 生命危险。可以说，电池本身的安全 性已严重影响了人们的购车预期，大 规模使用会埋下许多安全隐患，若不 能有效的解决将会严重制约市场向 节能环保方向快速发展。 固态电池的技术瓶径与关键问 题能否突破？到底有没有更安全的 电池？就这些问题，郑州英诺贝森能 源 科技 有限公司（“英诺贝森”）给出 了较好的答案。 据介绍，英诺贝森研发的防爆聚合 物固态电池（SSB）在军民各领域均可 以实现广泛的铅酸和锂电池替代，性能 先进，在物流、储能等基础应用领域，全 寿命周期的成本仅略高于磷酸铁锂电 池，远低于钛酸锂电池。在野战电源方 面，有着极其快速的补给响应能力，和 远低于柴油发电机组的噪音，以及近乎 与背景相同的红外特征。在高寒高海 拔地区，不出现容量大幅度衰减，低压 鼓包胀气；不需要附加加温装置，就可 以正常充放电并减少红外特征。产品 也同样符合潜艇在密闭空间里对电池 的各项安全要求，相比传统的铅酸蓄电 池，充电迅速，功率密度提升数十倍，长 期使用衰减极为有限，一次装备后的使 用周期，大大超越铅酸蓄电池。目前已 经装备中科院自动化所矿用机器人、卫 华重工特种作业机器人等作业场所。 据悉，英诺贝森是一家专注于固 态电池研发的高新技术企业，公司成 立于 2016 年 2 月，总部位于郑州经开 区中国航天科工产业园，拥有 16000 的生产办公环境，是专门从事新能 源储能装置及配套产品的研发、生 产、销售、服务的高新技术企业，根据 不同用户的应用需求，提供可行的整 体解决方案。公司的全固态电池产 品，突破了正负极材料在固态形式下 降低内阻的技术瓶颈，解决了循环寿 命短的痛点，在正负极配方、生产工 艺、制造过程方面拥有完全自主知识产权。 英诺贝森目前正在全力打造业 界最安全的电池品牌“贝森”-全生 命周期固态电池生态体系，旗下公司 包括新能源储能技术研发、新型节能 电机研发、电芯生产和 PACK 基地。 英诺贝森依托在新能源材料、电化学 领域的优势科研资源，通过材料改性 大幅提升恒流比和高倍率充电的实 用性，增强电池热稳定性；通过对涂 布工艺、材料湿度控制工艺、石墨烯、 碳化硅等改性负极表面包覆工艺的 完善，精密控制痕量水分，改善电池 材料致密性，使负极催化活性大大降 低。彻底杜绝国内软包电池普遍存 在的鼓包胀气问题，在国内首家实现 实用性固态叠片软包固态电芯量产。

在电池容量与安全性能方面，该 公司创业团队历时 6 年做了上千次 试验，在多元聚合物固态电池技术路 线研发方面拥有多项发明专利，目前 取得重大突破。30AH、50AH 固态电 芯 及 48V/60V/72V/220V 等 各 种 直 流 电源已批量生产，安全性高（满电任 意穿刺不起火、不燃烧、不爆炸，可通 过 q 击 试 验）、循 环 性 能 好（80% DOD@05C 大于 6000 次）、支持宽温 低温充放电（-40 ~+80 ）、能量密 度大（170~300wh/kg）、内阻小（小于 07mΩ）、温升低（相同倍率下温升比 磷酸铁锂低 30%）等优势特点，公司 单体大容量固态聚合物锂电池项目 是国家构建新型电力系统储能系统 刚需，30AH/50AH 固态电芯经过严苛 的加热、穿刺和 ARC 测试，能经受 6 个小时 195 高温烘烤下不会发生 热失控，远超行业锂离子安全标准。

公司一直专注于电池正极材料 去钴化和无钴化研究及新型固态电 解质材料研发，所研发的多元聚合物 固态电池，采用软包叠片工艺，目前 定型并批量生产的产品从很多技术 性能和指标方面实现突破。目前，英 诺贝森系列固态电芯已成功取得多 家机构聚合物固态电池安全检验报 告 。 大 容 量 300AH 500AH 固 态 聚 合物电池正在试制定型阶段。该公 司电池经多地应用表明，冬天-30 仍能放出 92%的电能，比市面上标称 同等容量电池多出 20%续航里程，深 得用户好评。储能方面也已联合有 关单位正在建设 12MWp+500KWh 光 储充微网项目应用，并与有关单位合 作，在新疆喀什打造首个兆瓦级固态 电池网侧储能电站项目。 未来，该公司将在国家有关部门 的大力支持下，积极参与有关标准的 制定，力争成为固态电池业界的佼佼 者，为实现“碳达峰、碳中和”的目标 提供助力。 固态电池的消费市场容量展望 固态电池的需求主要来自于动 力电池、消费电池以及储能电池三个 领域，我国固态电池的出货量与这三 个领域的锂电池需求量及固态电池 在这三个领域的渗透率息息相关。 根据该测算逻辑对 2020-2030 年我国 固 态 电 池 出 货 量 进 行 预 测 ，预 计 2020-2030 年我国固态电池出货量高 速 增 长 ，至 2030 年 或 将 突 破 250GWh。 消费电池市场。伴随着 科技 的进步 和智能化浪潮的到来，智能可穿戴设 备飞速发展。2019 年，中国可穿戴设 备出货量达到 9924 万台，同比增长 371%。这一增长受益于智能手表、 持续血糖监测系统、无线耳机等产品 形态和 AR/VR 等新技术的助力。固 态电池作为可穿戴设备的上游，其需 求规模也将随着可穿戴设备规模的 增长而扩大。 动力电池市场。随着固态电池产品 的成熟，未来将持续往下渗透，有望 在动力电池领域实现应用。受益于 政策的优惠，我国新能源 汽车 市场， 从 2014 年开始快速发展，随后 2016、 2017 年产销量增速放缓，2019 年国 内新能源 汽车 产量为 1242 万辆。目 前，为了缓解疫情对新能源 汽车 行业 的影响，我国推迟补贴政策至 2021 年，行业发展正逐渐恢复中。 储能电池市场。固态电池被公 认有望突破电化学储能技术瓶颈，满 足未来发展需求的新兴技术方向之 一。在电化学储能方面，目前锂电池 占电化学储能比重达 80%。而结合 国家对能源发展的指导方针，电化学 储能在用户侧、可再生能源并网配套 等领域的需求有望迎来快速增长。 在国家电网公司发布“碳达峰、碳中 和”行动方案中，明确加强系统调节 能力建设，大力推进抽水蓄能电站和 调峰气电建设，推广应用大规模储能 装 置 ，提 高 系 统 调 节 能 力 。 未 来 5 年，国家电网将大力推动电网升级， 促进能源清洁低碳转型，助力实现碳 中和目标。

固态电池的产业化发展预测 产能将成固态电池降本的重要 砝码。数据显示，全球固态锂电池的 需求量在 2025 年、2030 年分别有望达到442GWh、4949GWh，2030 年 全 球 市 场 空 间 有 望 达 到 1500 亿 元 以 上。根据辉能此前测算，固态电池在 产能达到 20GWh 时，其电芯成本仍 是液态锂电池的 11 倍，而此时电池 包成本可做到液态的 98％。因此对 于成本问题，行业普遍认为，目前固 态电池的生产成本中大多数为生产 过程成本，未来生产规模扩大将成为 降低电池的成本的重要砝码。锂电 池的生产成本也符合莱特定律：电池 产 量 每 扩 大 十 倍 ，其 成 本 会 下 降 28%。随着电动车爆发带来的推动， 储能成本正持续下降，新能源电站+ 锂电池储能成本会不断降低，根据 GTM 数据，2012 年到 2017 年电化学 储能电站成本大幅下降 78%。而且 未来到 2030 年，储能成本会下降到 1000 元/kWh，我国大部分地区风光 储结合就能实现平价。 全球企业发力固态电池。当前， 在世界 汽车 产业全面新能源化趋势 不可逆转的背景下，固态电池作为下 一代电池的重要选择，在全球范围内 受到广泛关注。在 汽车 产业，丰田、 宝马、本田、日产、现代、大众等国际 主流车企已经纷纷开始布局固态电 池领域，国内长城、比亚迪、天际汽 车、蔚来 汽车 、爱驰 汽车 与众多动力 电池供应商也已亮出了固态电池的 落地时间表。在动力电池供应商层 面，包括宁德时代等众企业都在加大 研发力度，力争早日实现固态电池量 产。聚焦固态电池，在全球范围内， 一场争夺电动 汽车 电池技术制高点 的暗战已然打响。 综合锂电池技术的发展路径、我 国各类规划、以及下游动力电池、储 能电池等领域的需求增长来看，固态 电池行业的发展将成为大势所趋。 未来，我国固态电池行业的相关技术 将不断进步，固态电池也将呈现更高 的能量密度，更优秀的安全性以及更 低的成本，其实现规模化生产和商业 化发展的时日已不遥远。

（转消费者日报）

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