王強博士：天勁新能(néng)源固态電池産業路(lù)徑思考

▲圖爲天勁新能(néng)源CTO、研究院院長王強博士在台上(shàng)演講

2020年(nián)10月(yuè)16日， 動力電池及産業鏈重量級行業盛會——“第五屆動力電池應用國際峰會（CBIS2020）暨首屆中國新能(néng)源新材料（甯德）峰會”盛大啓幕。在主題論壇2上(shàng)，天勁新能(néng)源科技(jì)股份有限公司CTO、研究院院長王強博士發表了題爲“固态電池産業路(lù)徑的思考”的專題演講。

王強博士說：我彙報的題目主要分爲四部分，第一(yī)部分是固态電池的簡單介紹；第二個是研究思路(lù)；第三個是解決方案；第四個是已取得的目前一(yī)點點研究成果。

固态電池，不想展開去講，因爲現在行業裏面研究固态電池挺多(duō)，我隻是講一(yī)下(xià)我們目前，因爲天勁新能(néng)源主要聚焦在軟包動力這塊，所以做固态電池的基礎條件(jiàn)相(xiàng)對比方形或者圓柱好一(yī)點點，所以這個地方更多(duō)談到(dào)軟包實現路(lù)徑。因爲固态電池目前有一(yī)些共性的問題：第一(yī)個是固态電解質離子電導率低(dī)；第二個固态界面缺乏可視量化手段；第三個固态電池目前整個的制成工(gōng)藝對産業的颠覆比較大一(yī)點，所以有沒有更簡單、成熟的辦法去做這個事(shì)情，下(xià)面會講到(dào)。

目前，整個行業電池的發展水(shuǐ)平可能(néng)大家都會提到(dào)以後會發展到(dào)400Wh/kg或者500Wh/kg，但是考慮到(dào)目前材料儲備的情況，300Wh/kg到(dào)350Wh/kg來實現固态電池的初步量産，我覺得在兩到(dào)三年(nián)可能(néng)希望會大一(yī)點。我們這個地方的整個思路(lù)，在符合固态電解質采用的是原位聚合，精準固化，與現有的動力産線工(gōng)藝兼容性比較好一(yī)點，這是目前實現的基礎思路(lù)。第二個目前正極采用高(gāo)鎳，負極采用矽氧。後面這個是和中科院聯合開發，後面會簡單談一(yī)下(xià)。

其實這裏面的固态電解質，這次談到(dào)的是聚合物(wù)的固态電解質，會區分于傳統的硫化物(wù)或者氧化物(wù)固态電解質。我感覺這幾年(nián)聚合物(wù)的電解質還是會有更快的産業化的速度，因爲它目前采用的方式第一(yī)個是小(xiǎo)分子，第二個是離子液體，第三個塑化劑，實現路(lù)徑很多(duō)。我們天勁新能(néng)源目前采用的方案通(tōng)過的是原位聚合的方式，我們在軟包這個層面，通(tōng)過增加前軀體溶液，通(tōng)過熱引發聚合的方式實現這個方式。整個的産線，包括整個作業方式，整個軟包工(gōng)藝其實調整幅度非常小(xiǎo)。我們做動力電池，目前行業裏面做PACK上(shàng)面會有很多(duō)防熱失控的辦法，比如說有雲霧片，其實PACK有很多(duō)防止熱失控的方面。電芯有沒有熱失控内生(shēng)因素在裏面，這是整個工(gōng)藝目前實現途徑。目前，嘗試的結論是比較适合規模化量産，這裏講到(dào)初步的性能(néng)。我們在整個的塗布工(gōng)藝，包括聚合工(gōng)藝上(shàng)面其實做了很多(duō)的嘗試，有很多(duō)參數變量做了很多(duō)的優化。包括現在行業對NCM811或者NCA有一(yī)些顧慮，我們這個方式可能(néng)在電芯内部去植入一(yī)些防熱失控的方案，其實這個有一(yī)個很特别的地方，現有的國标都能(néng)夠滿足，甚至安全測試的國标的滿足性比NCM622或者NCM523的性能(néng)還要好。因爲NCM811有一(yī)個蠻特别的就(jiù)是過沖能(néng)力比較強，會發現現在的不管是NCM811和NCA，更多(duō)是熱失控怎麽防控的問題，而不是國标的測試要求。

這是我們總的思路(lù)，目前采用的就(jiù)是锂鹽引發DOL的開環聚合，聚合溫度大概50-60度，和軟包整個工(gōng)藝老化的溫度比較接近一(yī)點。整個基本原理這個地方也不多(duō)講，因爲隻是考慮到(dào)目前參考很多(duō)文獻，包括一(yī)些研究院所初步的結論，初步選了這個DOL進行開環聚合。

這是目前做得一(yī)些相(xiàng)關的研究東西(xī)，其實會發現60度的熱聚合的DOL表現的已經有聚合物(wù)或者高(gāo)分子的特性，因爲這裏面暫時沒有加增塑劑，包括其他的添加劑，所以離子導電率低(dī)一(yī)點。這個看(kàn)到(dào)離子導電率已經非常接近目前能(néng)夠使用的電解液的要求，因爲我們在整個的應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(néng)量密度的要求，相(xiàng)對來講還在一(yī)個可控範圍之内，所以後面會看(kàn)到(dào)整個測試的性能(néng)。這個地方要強調一(yī)點，整個的過程中其實隔膜是會存在的，包括陶瓷塗層也是會存在，隻不過注液的時候有一(yī)些變化。不管是剛才談到(dào)的鋁塑膜，包括隔膜，包括陶瓷塗層，包括常規的這些正負極材料采用原位的方式。

這是和科研院所一(yī)起開發的設備，主要解決在固态電池或者半固态電池的過程中，電極與電解質接觸過程中，怎麽樣原位表征這個應力的方式。因爲會發現原位應力在電池進行充換電，或者限定一(yī)個電壓窗(chuāng)口，或者不同的溫度下(xià)進行測試的時候都可以實時監控正極材料與電解液的固态電解質目前的接觸應力，我們後面其實也有很多(duō)的數據，隻是這個地方我們沒有把它完全展開，因爲今天主要講思路(lù)會多(duō)一(yī)點。

王強博士認爲，目前固态電池制造相(xiàng)對來講是一(yī)個最核心的，不管将來做金屬锂，還是目前的石墨、矽氧使用範圍是一(yī)樣的，這個适用比較多(duō)的體系。PPT上(shàng)面講的是複合锂，本身企業做研發或者跟高(gāo)校合作，金屬锂用的多(duō)一(yī)點。目前，采用的方式用的是石墨加少量的矽氧，配合高(gāo)電的正極進行同步精準的固化，利用的是現有的軟包生(shēng)産工(gōng)藝。這是目前初步的一(yī)個性能(néng)，這是第一(yī)個産品目前能(néng)量密度大概是在277Wh/kg，體積是568Wh/L，整體循環壽命還有優化的空間，隻是說可能(néng)對目前的固态電池或者原位聚合的過程參數還需要進一(yī)步的去進行優化。

這是第二個産品能(néng)量密度在302Wh/kg，配合的是矽氧加石墨，整個循環性能(néng)目前還不是說特别優異，因爲這和目前的固态電解質的導入會有一(yī)些關系。如果采用常規的這種液态電解質，循環壽命比這個要好一(yī)點點，就(jiù)是後續還需要改進的一(yī)些地方。剛才也提到(dào)了，再強調一(yī)次，我們做這個事(shì)情最後的出發點就(jiù)是要在電池内部植入一(yī)個能(néng)夠防止電池熱失控或者熱擴散的這麽一(yī)個關鍵的組成或者一(yī)個組分放(fàng)在裏面，這和原有的液态電解質的方式會有一(yī)些不一(yī)樣的地方。這也是除了在行業發展中，更多(duō)從PACK層面進行熱失控或者熱擴散的防控。有沒有可能(néng)在電池内部幹這麽一(yī)個事(shì)情，我們還在探索，希望得到(dào)大家的批評指正。

剛剛電芯出來之後，其實我們也在思考今年(nián)行業的PACK創新能(néng)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現CTP的方式，CTC可能(néng)更難。我們作爲一(yī)個軟包動力的供應商，其實我們也在思考将來有沒有機會去做到(dào)比如說在電芯的單體能(néng)量密度還沒有大幅的提升情況下(xià)，有沒有機會像方形那樣去做一(yī)些輕量化或者一(yī)些提升系統能(néng)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(yī)點，裏面看(kàn)到(dào)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後的一(yī)個形态，因爲這個換電電池包标準箱最後的組成由四個标準箱組成，每個标準箱15度電，運用在物(wù)流車或者應用在乘用車上(shàng)面，标準配套60kWh的電量，這也是目前和杭州一(yī)家公司一(yī)起合作的換電電池包。所以整個過程當中會看(kàn)到(dào)一(yī)個标準箱裏面總共隻有2個模組，采用大框架加上(shàng)整體灌膠方式，上(shàng)面有很多(duō)镂空的結構，裏面灌的是阻燃的膠，也有導熱的參數在裏面。

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(duō)去思考将來電池行業的發展。因爲現在來講，因爲我們本身這個行業發展到(dào)現在其實已經慢(màn)慢(màn)又(yòu)回到(dào)原來的磷酸鐵锂的這麽一(yī)個狀态，可以看(kàn)到(dào)很多(duō)不管是商用車，還是部分乘用車，慢(màn)慢(màn)轉回到(dào)鐵锂狀态。三元是不是沒有什麽發展前途，其實我覺得技(jì)術還是在不斷進步，可能(néng)在未來1到(dào)2年(nián)，在三元安全性方面，我想會有一(yī)個比較大的突破，這時候整個行業的路(lù)徑或者是整個行業的研究方向都會有一(yī)個比較大的變化。磷酸鐵锂是一(yī)個很好的方式，但是我覺得在三元上(shàng)面，我們還是要同心協力，大家共同進步。

謝謝大家！