湯衛(wèi)平教授：固態(tài)電池及其材料設(shè)計(jì)和制備策略
中國(guó)粉體網(wǎng)訊 7月7日，2021中國(guó)國(guó)際鋰電產(chǎn)業(yè)大會(huì)（簡(jiǎn)稱金磚鋰電論壇）在上海汽車會(huì)展中心順利召開。本屆金磚鋰電會(huì)議為期兩天，主題為以“新技術(shù)、新應(yīng)用、新發(fā)展”為主題，采用“會(huì)議論壇+展覽展示+體驗(yàn)營(yíng)銷”三位一體的創(chuàng)新模式，多項(xiàng)重點(diǎn)活動(dòng)同期同地舉辦，充分協(xié)同聯(lián)動(dòng)，品牌效應(yīng)和影響力大幅提升。
上海前沿新能源電源技術(shù)研究院院長(zhǎng)、上海空間電源研究所空間電源技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員
出席論壇并發(fā)表主題演講——《固態(tài)電池及其材料設(shè)計(jì)和制備策略》。以下為演講實(shí)錄：
我是上海前沿新能源電源技術(shù)研究院的湯衛(wèi)平，我是第一次亮相，非常感謝大家的支持。
一、固態(tài)鋰電池必要性和優(yōu)勢(shì)
剛才大家一直在講碳中和、碳達(dá)標(biāo)，碳中和、談達(dá)標(biāo)從電動(dòng)汽車來講，是一個(gè)非常好的抓手。從我們國(guó)家來講，更重要的是能源安全的問題，現(xiàn)在我們國(guó)家總體來講，石油的輸入大概在70%左右，這構(gòu)成了對(duì)我們國(guó)家本身能源安全的一個(gè)非常大的問題。
從這個(gè)角度來講，電動(dòng)汽車是解決我們國(guó)家能源安全的一個(gè)非常大的抓手。其中我們調(diào)查了一下，如果按照現(xiàn)在的情況來講，我們國(guó)家在夜間的廢電已經(jīng)足以把我們國(guó)家電動(dòng)汽車的電用起來，這樣的話，石油的進(jìn)口可以大幅度緩解。
最近兩起事故，一起是6月底在加州的特斯拉，還有一起是北京國(guó)軒。昨天跟何老師了解說不是電
池出問題了，是某個(gè)空氣出問題了。不管怎么說，現(xiàn)在北京已經(jīng)燒了幾把火了，是一些比較大的問題。全固態(tài)電池從優(yōu)勢(shì)來講，我們有一塊全固態(tài)電池完全可以做到針對(duì)性。全固態(tài)電池從理論來講就應(yīng)該有這個(gè)優(yōu)勢(shì)，但是剛才很多報(bào)告里，其實(shí)我們要做到性能優(yōu)勢(shì)非常難。
我們的第一塊電池做到了，我想介紹一下我們后面的一些工作。
二、固態(tài)鋰電池設(shè)計(jì)和制備策略
1.全固態(tài)薄膜型電池。
2.全固態(tài)粉體型電池。
3.固液混合型電池。
我們現(xiàn)在研發(fā)的也好、產(chǎn)業(yè)化的也好，無非就是這三類電池，只不過全固態(tài)薄膜型電池做的非常
少，國(guó)內(nèi)可能沒有幾家在做，我們算是一家。這個(gè)電池最大的特點(diǎn)就是在制法上。剛才三個(gè)種類，如果按制法分的話，區(qū)別非常明顯。第一類堅(jiān)持用物理辦法，氣相沉積的辦法沉上去的。第二個(gè)辦法就是用壓積壓出來的，先壓固態(tài)電池片，然后正負(fù)極壓。第三個(gè)電池是做膜的工藝，做固態(tài)電解質(zhì)的膜也好、正負(fù)極的膜也好，通過膜的重疊做出來電池。剛才溫老師也講了，我們這種的做固液混合電池一個(gè)很大的原因是我們做膜的工藝是非常成熟的，所以我們現(xiàn)有的鋰離子電池設(shè)備是可以借用的。某個(gè)程度上說，把我們現(xiàn)有的鋰離子電池制造工藝、制造設(shè)備用在固態(tài)電池上去，這可能是我們做固液混合電池的設(shè)想。
實(shí)際上全固態(tài)電池可能是我們的最終目標(biāo)，日本人一直在做這個(gè)事情，我們?nèi)虘B(tài)電池還是要講一下。氣相沉積是非常好的辦法，從全國(guó)角度來講是非常好的辦法。他一開始要先做個(gè)集流體，然后做正極，一封就成為一個(gè)電池了。過程很簡(jiǎn)單，半小時(shí)就可以做出這么一個(gè)電池來。但是這個(gè)電池非常薄，一般現(xiàn)在都是兩個(gè)微米的。我們號(hào)稱有10萬片生產(chǎn)能力的一條線，這個(gè)工藝不是只有我們所能做，現(xiàn)在國(guó)際上應(yīng)該是非常成熟的工藝。我們國(guó)內(nèi)目前有線的也就這么一條。所以今天很幸運(yùn)的看到國(guó)內(nèi)唯一的一條，而且還是做固態(tài)電池薄膜的一太線。這個(gè)電池的性能非常好，下面是循環(huán)和功率性的。循環(huán)性能現(xiàn)在100次沒什么變化，10個(gè)C也沒什么變化，但是循環(huán)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這個(gè)數(shù)，我們可以做到15000次，可以保持85%的性能。這是一個(gè)非常好的循環(huán)性能和功率性能的電池。剛才報(bào)告中很多介紹低溫性現(xiàn)在是做不好的，但是我們的薄膜電池-40度的低溫性非常好，可以保持到86%。液態(tài)電池也無非如此，高溫性就更沒問題了，因?yàn)槭侨虘B(tài)電池，100度的高溫性能也是非常好。就這個(gè)電池而言，從-40度到100度之間的性能是完全沒有問題的。我們也做了一些分析，安全性、循環(huán)壽命、寬溫度工作范圍、功率性能都是五星的。但是有一點(diǎn)，
能量密度不行，最終還是不行。我們沒有辦法把它做大，但是我顯示在這里面有一點(diǎn)，并不是我們做的有多好，而是從全固態(tài)角度來講，理論上來講全固態(tài)問題是解決了的。我覺得有很多科學(xué)問題、理論問題是沒有解決的，但是從全固態(tài)角度來講，理論上可能性都是沒有問題的。但是目前在一些技術(shù)上、工藝上，我們沒法做到。我們現(xiàn)在有三種工藝，第一種是物理方式，第二種是用機(jī)械壓，第三種是用疊片。物理法非常好，但是壓的不是很好。最后是折中的辦法，解決不了這個(gè)問題，我們就加一點(diǎn)電解液。也是我們過渡到全固態(tài)電池的一個(gè)折中辦法。
三、固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)和制備策略
固態(tài)電解質(zhì)這個(gè)工作，剛才講了很多，從固態(tài)電池來講，這是非常關(guān)鍵的材料，固態(tài)電池跟鋰離子電池不同的地方就是液體的固態(tài)電解質(zhì)用固態(tài)取代掉了。很遺憾的是，目前從材料的角度來講，還沒有一個(gè)比較完美的材料能夠完全適用于我們的固態(tài)電池。所以我們也做了一些工作。用離子交換的辦法，我們的想法也很自然，這些固態(tài)中離子是可以穿梭的，我們想辦法跑的不是納
離子，跑鋰離子，那就做個(gè)交換。交換完以后情況非常好，這是我們的形態(tài)和結(jié)構(gòu)分析，我們也做了一些核磁共振分析，發(fā)現(xiàn)確實(shí)它的傳輸框架完全保持非常好。除了鋰納位點(diǎn)以外，所有的硅、磷、氧位置都沒有發(fā)生變化，框架保持了非常好的框架。
我們也做了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)鋰和納的位點(diǎn)是不一樣的，雖然外框結(jié)構(gòu)一樣，但是待的位置不一樣，跑的位置也不一樣，這就是為什么交換非常容易發(fā)生的原因。我們研究院是上海市科委底下的研究院，我今天看到這個(gè)會(huì)場(chǎng)真的非常感動(dòng)，也非常的感慨。在我們上海這個(gè)地區(qū)，或者在長(zhǎng)三角地區(qū)，這樣的場(chǎng)子非常少。希望像今天一樣，能夠把長(zhǎng)三角新能源的板塊組織起來，長(zhǎng)三角新能源的板塊已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過珠三角，從勢(shì)頭上、總量上、企業(yè)上，在全國(guó)排首位是沒有問題的。
我們也會(huì)希望能夠跟企業(yè)做聯(lián)合研發(fā)，在上海有上海的優(yōu)勢(shì)，有人才的優(yōu)勢(shì)、資金的優(yōu)勢(shì)，有錢有人。我們企業(yè)和我們一起，在上海發(fā)展。謝謝大家！
（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載！）
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）
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