中國粉體網(wǎng)訊  2021年3月11-12日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“第二屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會”在湖南長沙成功召開,。期間,，我們邀請到與會專家、學者做客“對話”欄目進行專訪,。本期為您分享的人物專訪是來自中南大學冶金學院,、加拿大NRC國立研究院的張永柱教授。

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張永柱教授

中國粉體網(wǎng)記者：張教授,，首先請您介紹一下目前全球各國固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的布局情況,？中國在固態(tài)電池的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進程方面處于什么發(fā)展水平？

張教授：固態(tài)電池是電池產(chǎn)業(yè)的核心,，未來突破產(chǎn)品安全性,、能量密度和循環(huán)壽命性能方面，有潛力產(chǎn)生質(zhì)的突破,，因此日、韓、美,、英等各個國家和全球知名企業(yè)紛紛布局,，全力發(fā)展固態(tài)電池。

日本申請的專利數(shù)量居全球首位,，產(chǎn)業(yè)化進程方面同樣領先于其他國家,。日本針對全固態(tài)電池的研發(fā)主線，已經(jīng)從最初的探索高性能的電解質(zhì)材料,，逐步轉(zhuǎn)移到解決諸如電芯的試制,、制造工藝的開發(fā)、充放電循環(huán)壽命等課題之上,。研究重點已經(jīng)進入了根據(jù)不同的應用,，嘗試正極材料和負極材料的適當組合，以及嘗試實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的制造工藝開發(fā)的階段,。

韓國研究固態(tài)電池的企業(yè)主要有三星SDI,、LG和現(xiàn)代汽車等，其中三星,、LG和SK創(chuàng)新選擇成立聯(lián)合基金共同開發(fā)固態(tài)電池�,，F(xiàn)代沒有參加以上的三家聯(lián)盟，而是選擇自主開發(fā),、與高校合作和外部投資的方式進入固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)鏈,。在專利方面，韓國分布相對比較集中,，三星SDI,、LG和現(xiàn)代占比50%以上；在技術路徑方面均以硫化物電解質(zhì)為主,。

在能源部（DOE）科學基金的推動下,，美國固態(tài)電池研究取得了重大進展；眾多初創(chuàng)公司,，如Quantum Scape,、SEEO、Solid Power,、Solid Energy Systems,、Ionic Materials等，這些初創(chuàng)公司以其在固態(tài)電池技術的先進性,，分別得到了寶馬,、大眾、現(xiàn)代等汽車巨頭和多家風投基金的投資,，確保了美國進入全球固態(tài)電池研究水平的前列,。從技術路徑來看,，初創(chuàng)公司以聚合物電解質(zhì)和氧化物電解質(zhì)為主，負極多采用鋰金屬,。

國內(nèi)企業(yè)不及日美韓等起步早,，但隨著鋰電技術的發(fā)展，目前已經(jīng)有越來越多的企業(yè)參與到了固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中來,。國內(nèi)專利布局的企業(yè)包括江蘇清陶能源,、比亞迪、桑頓新能源,、贛鋒鋰業(yè),、北京衛(wèi)藍、國軒高科,、C公司等,。此外，如珈偉股份,、萬向,、中電力神、鵬輝能源,、橫店東磁等也都宣布涉足固態(tài)電池領域,，但大部分企業(yè)仍處于規(guī)劃布局階段。

國內(nèi)在固態(tài)電池生產(chǎn)及應用方面也取得了顯著的成績：

2020年7月29日,，總投資55億,，清陶宣布世界第一款10GWH固態(tài)電池在江西省宜春市投入量產(chǎn)。

據(jù)瀟湘晨報2020年11月12日報道,，由浙江鋒鋰新能源科技有限公司投建,，全球首條0.3GWH混合固液電解質(zhì)鋰電池產(chǎn)線即將在寧波國家高新區(qū)試機投產(chǎn)。

2021年3月合眾旗下新能源汽車哪吒U正式上市,，天際ME7樣車使用了固態(tài)電池,，并將于2022年投入批量生產(chǎn)。

目前國外固態(tài)電池依然處在研發(fā)狀態(tài),，離產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及商業(yè)化應用尚有一定的距離,。

中國粉體網(wǎng)記者：在各種固態(tài)電解質(zhì)材料體系中，您認為哪種的前景最廣闊,？不同材料體系的固態(tài)電池量產(chǎn),，面臨著哪些難題？

張教授：

主要的技術路線有：

（1）聚合物路徑：2011年,，Bolloré實現(xiàn)聚合物固態(tài)電池的裝車,。Ionic Materials近期較受矚目，已獲得三星SDI,、Dyson,、萬向123等投資,。國內(nèi)如CATL、珈偉股份也取得一定進展,。

（2）氧化物路徑：薄膜型以LiPON為電解質(zhì),，受制于容量，主要應用于微型電子,、消費電子領域；非薄膜型氧化物包括LLZO,、LATP,、LLTO等，國內(nèi)如輝能,、清陶,、衛(wèi)藍等企業(yè)有一定進展，并嘗試打開消費電子市場,。

（3）硫化物路徑：由于硫化物潛力最大,，鋰電巨頭（CATL、SDI,、SKI,、LG、松下）紛紛選擇以其為主要技術路徑,。然而其開發(fā)難度最大,，進展并不順利。投入最大的是豐田,，早在2008年就開始研發(fā),，目前計劃于2022年推出固態(tài)電池車型，2025年實現(xiàn)量產(chǎn),。

固態(tài)電池的發(fā)展技術路線,，從電解質(zhì)的角度會從液態(tài)、半固態(tài),、固液混合,，到固態(tài)，最后到全固態(tài),。負極會從石墨負極,、硅碳負極，最后有可能到達金屬鋰負極,，但目前無法確認,。

由于各種技術路線依然處于研發(fā)階段，各有利弊,，目前尚無法判斷,，排序及定論其優(yōu)劣,。全固態(tài)鋰電池，由于技術(導電性能差,，充電時間長),，經(jīng)濟成本高，加工困難等原因,，2025-2030年依然難以取代鋰離子電池市場,。

中國粉體網(wǎng)記者：請問張教授，您認為,，固態(tài)鋰電池大規(guī)模取代傳統(tǒng)的液態(tài)電池還需多久,？在此之前，還需要克服哪些挑戰(zhàn),？

張教授：為什么有人說馬上量產(chǎn),，有人卻說需要10-20年？目前市面上宣傳的那些量產(chǎn)的“固態(tài)電池”,，并不是全固態(tài)電池,，而是一種“混合固液電解質(zhì)鋰電池”系列(半固態(tài)電池)。半固態(tài)電池,，通常是一側(cè)電極采用固態(tài)電解質(zhì),，而另一側(cè)電極仍用液態(tài)電解質(zhì)。嘗試半固態(tài)電池的,，很多是出于快速商業(yè)應用的考慮,，比如豐田將目標定于研發(fā)電車用的全固態(tài)電池，但也表示會從 “半固態(tài)電池” 開始逐步進入市場,。而C公司所說的量產(chǎn)需要十年,，指的是全固態(tài)電池，這是電池的終極目標,。關于固態(tài)電池的具體量產(chǎn)時間,，行業(yè)預計2025年半固態(tài)電池實現(xiàn)量產(chǎn)，全固態(tài)到2030年前后有一定突破,。

一方面現(xiàn)在半固態(tài)電池的優(yōu)勢主要在于安全性,，能量密度和快充性能仍需要時間來研發(fā)突破。另一方面固態(tài)電池的上下游供應鏈尚未完全確定,，大多仍沿用原先正負極供應商,。同時全固態(tài)電池的技術，仍然有很多基礎科學問題尚未解決,，量產(chǎn)時間會在半固態(tài)電池之后的5-15年,。

要解決電池的能量密度問題，消滅里程焦慮,，最后的方案是固態(tài)電池,。雖然固態(tài)電池有很多優(yōu)點,，但是由于成本高、產(chǎn)能低,，一直遲遲未得到普及,。固態(tài)電池的商業(yè)化進程可能沒有大家想的那么快，2019年C公司就表示,，正在進行全固態(tài)電池的研發(fā)工作,，也制作出了樣品，但是要完全商品化還需要10年時間,，也就是說離量產(chǎn)還很遠,。每一次電池技術變革，都是一次產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的機會,。固態(tài)電池技術將持續(xù)進步，在不久的將來為新能源的發(fā)展書寫更輝煌的篇章,。

全固態(tài)鋰電池,，由于技術(導電性能差，充電時間長),，經(jīng)濟成本高,，加工困難等原因，2025-2030年依然難以取代鋰離子電池市場,。

1) 固態(tài)鋰電池已進入全球加快布局和研發(fā)的階段,，很多著名機構(gòu)都在開發(fā)固態(tài)鋰電池。包括韓國三星,、日本豐田和我國C公司在內(nèi)的眾多電池和汽車廠商,，都加大了固態(tài)電池研發(fā)投入。

2) 長期使用時穩(wěn)定性不理想也是長壽命儲能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸,。固態(tài)電池在服役過程中結(jié)構(gòu)與界面會隨時間發(fā)生退化,，但退化對電池綜合性能的影響機制尚不明確，難以實現(xiàn)長效應用,。

3) 只有從根本上解決了關鍵材料和界面問題,，才能開展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿足單電池的性能要求,。目前,，各種新技術“百家爭鳴”，一些固態(tài)電池技術有了最新突破,。

4) 已有部分電池進入裝車測試階段,。盡管前景可期，但由于技術和工藝上的種種問題,，發(fā)展固態(tài)電池的道路絕非一帆風順,。

5) 對全固態(tài)電池來講,，我們認為整個電池規(guī)模化制備裝備是亟待突破的,，國內(nèi)在這一塊還是有所欠缺的,，這一塊我相信對很多設備企業(yè)是一個機遇。

總的來說,，對于固態(tài)電池的研究,，目前還是偏學術多一些，在產(chǎn)業(yè)化方面,，因為一些關鍵技術涉及到各個企業(yè)核心技術而無法獲取,，導致基于工程化應用方面的技術還是需要進行進一步探究。

中國粉體網(wǎng)記者：張教授,，您是怎樣看未來固態(tài)電池的發(fā)展方向,？

張教授：總而言之，世界正在努力達到碳中和(2060)及節(jié)能減排的要求,，新能源電池市場將從GWH邁入TWH時代,，未來產(chǎn)業(yè)界需要擴大原材料，市場需要擴大各種各樣的改良的液態(tài)鋰電池,，半固態(tài)電池,，以及全固態(tài)電池的生產(chǎn)，以便滿足不同層次市場客戶的需求,。任何一種電池包括固態(tài)電池,，不可能一統(tǒng)天下。

通過上述分析,，產(chǎn)業(yè)界通常認為未來二十年,，傳統(tǒng)液態(tài)電池包括半固態(tài)電池具有良好發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用戶應用市場基礎，依然會保持其市場的盟主地位,。乘用車以三元材料及磷酸鐵鋰電池平分秋色為主,，大巴及重型卡車朝著氫燃料電池方向發(fā)展。鋰電池的形狀將逐步過渡到以大容量的方型鋁殼和軟包為主,，方便CTP形式的PACK無模組電源,。以便減少重量，體積和成本,，且大幅增加汽車的安全性能,，提高能量密度和續(xù)航里程。

未來二十年固態(tài)電池新能源汽車市場發(fā)展趨勢：

2021-2025年是固態(tài)電池起步年,，固態(tài)電池在產(chǎn)品及設備大型化,，量產(chǎn)及降低成本方面，在開拓市場應用方面，在商業(yè)化運作方面還有許多大山要跨越,。

2021-2025年滿足車用技術要求的固態(tài)電池小批量面世,，部分主機廠會率先搭載應用研究；

2022年將成為固態(tài)電池元年,，固態(tài)電池比能量達到290Wh/kg,，接近高鎳三元體系，但安全性非常好,，即2022年會開始小批量應用,；

2022-2030年則進入市場培育期，電池能量密度從300Wh/kg達到400Wh/kg,，屆時普通的純電動轎車的里程達到300-500公里,，這期間固態(tài)電池會獲得一部分車用電池市場；

2035年步入市場成熟期,，預計固態(tài)電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,，單體電池比能量有望沖擊500Wh/Kg，常規(guī)的性價比車型應該可以達到500公里,。固態(tài)電池占車用電池市場主流,，和車用燃料電池共存。

中國粉體網(wǎng)記者：張教授,，請問您目前的主要研究方向是什么？近年來,，有哪些研究成果,？

張教授：我本人海外團隊研發(fā)生產(chǎn)“混合固液電解質(zhì)鋰電池”系列半固態(tài)聚合物大容量軟包電池，具有安全,，體積小,，重量輕，成本低,，裝車簡單等優(yōu)勢,。主要的成果就是將材料，設備及生產(chǎn)線國產(chǎn)化了,。試生產(chǎn)克服了工程及量產(chǎn)化方面的問題,，目前處于尋找合作及商業(yè)化應用階段。中南大學校友們也有涉及鋰硫電池(李劼,，賴延清,，陳康華教授)，氧化物固態(tài)電池(陳偉東,，比亞迪)方面的團隊,。國內(nèi)企業(yè)在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)超過海外公司了。我們十分期待與國內(nèi)外同行的專家學者和企業(yè)一起交流合作,，共同推進新能源事業(yè)發(fā)展,。謝謝大家的支持和鼓勵,。

中國粉體網(wǎng)記者：感謝張教授接受我們的專訪。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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