2019全球未来出行大会|国轩高科动力能源有限公司筑波研究院院长程骞:固态电池研发技术路线及展望

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为更好地推动全球范围的跨界协同,理清出行公司、汽车公司、城市等各个主体在未来出行生态中的角色,讨论未来出行方式、出行科技、交通内部人员、交通战略会所处的重大变化以及整个行业将面临的机遇与挑战,中国电动汽车百人会组织举办2019 全球未来出行大会,以推动出行生态变革、转型创新和国际协同,迎接出行革命。以下为国轩高科动力能源有限公司筑波研究院院长程骞演讲内容实录:

谢谢主办方邀请,我接到的任务给了命题作文,讲一下全固态的事情,我当时人某种今天是未来出行讲智能驾驶,我某种也是跟你你这个相关的,我刚刚老会 在日本学习工作,我第一份工作也是做尼桑电池的设计,顶端又去了美国苹果手机4 苹果手机4 苹果手机4 苹果手机4 公司,从大伙儿 这边来看,电动车发展的历史来看,第一代非常非常早刚刚是铅酸电池,顶端在日本丰田做混合动力,顶端以特斯拉为代表的锂电池做电动车,下一代电动为什么会么会在么在发展呢?大伙儿 认为最有是因为还是全固态的方式进行下一代的电动车。全固态大伙儿 认为完整版都是而是完会提高单体的能量密度,要怎样让 它完会提高系统的能量密度,是因为从安全性的深层来讲。

这是日本的数据,现行的液系目前大伙儿 做的,再往后做是先进的LIB,你你这个新的材料技术硅碳技术进一步提高能量密度,还是现在相同的体系,再往刚刚走,随着电动车不要 ,再往刚刚走第另三个 实现的还是硫化物的全固态电池,这也是今天主要想跟大伙儿 分享的。

首先为那些大伙儿 要做你你这个全固态电池呢?确实它最主要的另三个 是因为而是说来保证它的热失控。要实现热失控一句话,要有另三个 必要条件,第另三个 必要条件而是要高温,第三个 要有氧气产生,第另三个 要有燃料,高温为什么会么会在么在有的,高温短路马上会产生7100度高温,在产生你你这个高温的一起,正极材料会分解,一般完整版都是氧化物,分解产生氧气。燃料是大伙儿 电解顶端的溶剂,这另三个 东西完整版都是电池当时人带的,好多好多 大伙儿 做过几滴 试验,即使水下大伙儿 用针刺是因为另三个 电芯热失控刚刚,水下都都可不可以着起来。现在一句话大伙儿 是阻止热失控,全固态的意思尤其是大伙儿 用你你这个氧化物、硫化物都都可不可以把氧化打上去,即使你有再高温度氧气也是几乎不是因为着火,大伙儿 极大程度提高了安全性。从前做你你这个做最多的丰田公司,是因为大伙儿 做汽车做百年了,大伙儿 不允许燃烧那些的老会 再次出现在大伙儿 的车顶端,大伙儿 下了很大力气研究固态电池。第二温度范围不得劲广,大伙儿 现在做的最好的从材料体系做的最好的是日本的三井金属(音),从材料的层级都都可不可以做10的负2次方和负3次方,意思它的离子导电性和二氧化碳气体气体的几乎都都可不可以一样甚至更好,更重要的是温度非常广,温度零下100度到100度都都都可不可以工作。这是那些意思呢?大伙儿 甚至都都可不可以不时需热管理系统,不时需液冷和强制风冷,我零下100度都都都可不可以,100度都都都可不可以工作为那些时需管理系统,从前的具体情况下让大伙儿 的电池包的设计是完整版另三个 全新的,大伙儿 都都可不可以提高大伙儿 的下行强度 。第三是快充性能,二氧化碳气体气体要花费有某种离子,阴离子阳离子,对于锂离子一定要于0.5,对于全固态来讲如此锂离子都都可不可以移动,另外全固态一般二氧化碳气体气体的大伙儿 做到1.2、1.5摩尔浓度,即使离子导电路10的负4次方,是因为你的浓度高,从前也都都可不可以提高快充性。最后你你这个,全固态刚刚不仅作为能源存储我甚至都都可不可以作为内部人员单元,都都可不可以放到去底盘下面承受力,从前对大伙儿 整体内部人员设计也是全新的。

从材料深层来讲这是另三个 文献,目前做的最高的而是硫化物的全固态电池体系,氧化物还有比较小众的那些。首先大伙儿 比较一下液态和全固态,离子导电率深层讲大伙儿 非常接近液态,材料讲如此什么的什么的问题 。像氧化物和一累积硫化物对金属离是稳定的,稳定的意思而是说在完整版充电的具体情况下表面 长都都可不可以不产生SEI,不像溶剂和石墨等反应形成SEI,是因为氧化物一句话也是稳定的,一累积硫化物也是稳定的。是因为用金属离做负极一句话,进一步提高能量密度。说到能量密度一句话1100瓦/kg比大伙儿 现在二氧化碳气体气体还是要低,循环一句话100到100大伙儿 都都可不可以做到和液态如此什么的什么的问题 。它现在最关键的什么的什么的问题 而是工艺的什么的什么的问题 ,从整个制造工艺尤其硫化物这边,待会儿大伙儿 会分享,二氧化碳气体气体一句话就是因为非常心智心智成熟 图片 是什么是什么是什么是什么的句子了。

第另三个 液态现行的,第二国内和美国做的比较多的,基于有机物的大伙儿 也说全固态,我认为不算全固态,是因为如此处里全固态什么的什么的问题 ,安全性一样有什么的什么的问题 ,第三硫化物,第四氧化物,这有几个大伙儿 作另三个 表比较一下,离子导电性来讲,polymer最差,硫化物最好,氧化物也做的不错。从温度区间范围来看,无机物温度肯定很宽,无机物这边也是不可燃,你你这个比二氧化碳气体气体地碳酸酯好,但如此从根本处里什么的什么的问题 。这某种还是依靠于传统的磷酸锂,顶端固态接近1。工艺顶端polymer跟大伙儿 现有工艺兼容,工艺实现深层最容易,硫化物非常困难,主要困难是压实,从前对设备非常有挑战,几乎现在好多好多 设备实现不了,是因为做很小的一块电池,氧化物时需烧碱,这也是另三个 什么的什么的问题 。硫化物那边来讲现在有你你这个工艺是因为直接平板压成膜的方式,氧化物是烧碱的方式。polymer对金属离是稳定的,都都可不可以实现100到3100,单体能量密度很高。再往后那个混了好多好多 ,是因为时间不要 了我稍微讲得快你你这个。

这边还有你你这个比较,总的来讲,硫化物有它的优势,要怎样让 从制造那些完整版都是跟制造工艺相关,在工艺顶端有极大的什么的什么的问题 。这是你你这个文献数据,想说地结论硫化物电解质在低温下面比现在的二氧化碳气体气体有非常好的性能,它都都可不可以把电池做后电极,现在做成后电极电解液渗不进去一系列的什么的什么的问题 ,但放到去全固态顶端完整版都是而是是如此敏感,提高十倍刚刚倍率性能也如此不要 的影响。主要硫化物所处的有几个什么的什么的问题 ,第一是正极顶端抵抗层,这块会提高离子的阻抗,这是第另三个 。第三个 是因为大伙儿 现在用隔膜,隔膜要花费有薄的九个微米、十二微米,是因为做成固态不时需隔膜,固态电解质而是隔膜,你你这个东西大伙儿 技术水平也是工艺水平的什么的什么的问题 ,不难 做薄,目前来讲日本做的最高的化是100个微米,现在还在往薄里做,第三什么的什么的问题 是你你这个团聚,不像液态邮包单单核心物质,固态对固态,团聚很厉害,你你这个活性物质接触如此电解质,这是另三个 什么的什么的问题 。第三个 要实现另三个 高的密度,大伙儿 完整版都是对压实有很大的挑战,压实现在一句话传统的你你这个方式,还是比较痛苦。你你这个大伙儿 所处界面固态电解质跟正极界面所处的什么的什么的问题 ,要怎样处里呢?处里的方式而是说通过另三个 顶端层的方式,来处里,你你这个方式什么的什么的问题 处里比较好,日本你你这个公司开发了另三个 设备,都都可不可以处里你你这个什么的什么的问题 。现在体积利用率还是很差,另三个 是压实压不实,第二固态电解质加的不要 ,确实固态电解质完整版都是活性物质,电解液一样希望保证功能具体情况下加的越少越好,要怎样让 对于固态来讲大伙儿 不难 去从前控制它的量,从前使得大伙儿 体积的利用率就很差。左边是三星SDI的数据,三星SDI现在做的方形电池液态的数据6100瓦/升,2100/千克,右边是全固态,大伙儿 都都可不可以看出来正极和负极活性物质的比例占的很少,传统完整版都是90%它如此100%,另外是固态电解质,大伙儿 确实不时需如此多,如此方式现在的工艺如此实现从前。要怎样让 刚才说的隔膜,三星用的12微米,日本现在做到100微米,是因为体积能量密度都比较低,要怎样处里你你这个什么的什么的问题 ,首先压实的这块好多好多 ,平板压、滚压,最后比较有效还是平板压,时需压强非常大,目前做的最大是5厘米乘5厘米的电池。固态电解质之间的隔膜,隔膜从前比较厚,现在薄膜化,现在用粉末喷涂工艺现在做薄,100微米,目标做100微米左右,喷涂的方式。

氧化物我简单说一下,它的特点是那些,做薄型电池,应用到动力电池顶端很困难,成本很高,做到薄型,比如智能卡片那些它对金属离也是稳定的,所处什么的什么的问题 也是跟硫化物差不要 ,体积利用率不高,对金属离稳定都都可不可以做和金属离符合的。做的最好是日本特殊陶业(音)做的全固态的模型。上另三个 能量密度完整版都是这里。你你这个Soli-state,中国、韩国、日本、美国完整版都是做,做的方向不太相同,中国和美国比较统一,美国基本上完整版都是你你这个创新企业,创新企业而是要提高高的能量密度,3100瓦时/千克,好多好多 会做polymer,日本是截然相反,它的材料体系用的现成石墨配三元的体系,而是单纯把电解质换了,从前得到的结果而是单体能量密度肯定会降低,要怎样让 出发点不一样要提高整个系统的能量密度。你你这个是现有刚才说的三星SDI的液态265、6100瓦时/升,目前来讲日立造船做得最好的是1100、31,刚才的什么的什么的问题 点都说到隔膜太厚,正负极活性物质占比不要 ,对于处里方式那一块也是非常明显,大伙儿 也是跟大伙儿 一起讨论你你这个事情。首先最容易实现而是大伙儿 把隔膜变薄,从100微米通过粉末喷涂做到20微米,几乎和现在液态比较接近,做到20微米大伙儿 都都可不可以实现1100到100能量密度,这是现在是因为做出来的。第二步要提高负极材料占活性比例,相对来讲比较容易提升,隔膜还是按20来算。再下一步正极提高活性物质占比都都可不可以达到2100和4100的质量和体积能量密度,再往后走这也是比较难的,最难而是提高压实密度,压实密度大伙儿 现在应该负极来讲是1.3,要压到1.6的具体情况下,到2100到470,质量不变,体积再高你你这个。正极来讲3.1到3.5都都可不可以达到2100和100体积,确实2100和100比三星SDI还是要低,要怎样让 系统深层来讲,这是现在市面上国际市场上你你这个电动车对应的电芯的体积能量,体积能量密度。pack质量能量密度和体积能量密度比较,即使做得最高的特斯拉Model3最高,是因为大伙儿 刚才按数据2100瓦时/千克和100瓦时/升的具体情况下,大伙儿 非常相信大伙儿 的存储下行强度 38%大伙儿 做到100%如此什么的什么的问题 从前都都可不可以达到100和100,比特斯拉多100%多,完整版从能量密度深层来讲,即使用传统的石墨加三元对能量密度也是绰绰有余,要怎样让 大伙儿 不让担心安全性什么的什么的问题 ,这是为那些日本汽车公司花如此大力气做全固态,尤其无机物的全固态,主要为了提高系统能量密度。让我讲到这里,谢谢。

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