CATL研究院梁成都：全固态动力电池的商品化还需要3-5年

5月24日，第一电网在深圳举办“动力电池：电动汽车新需求-2016动力电池产业发展论坛”，试图明确动力电池产业格局和需求方向，探讨新时代动力电池面临的挑战和对策。当代安培科技股份有限公司新能源技术股份有限公司（CATL）研究所所长梁成博士发表了题为“全固态金属锂电池的挑战与进展”的演讲。他认为，全固态动力电池的商业化至少需要3-5年的时间，从现在开始，材料、结构和电池设计等仍有许多基本问题需要解决。

梁成，当代安培科技股份有限公司研究所所长，新能源科技有限公司（CATL）

梁成都博士介绍，全固态电池的研究主要有三个课题。一是高分子电解质的发展方向；

第二个是基于氧化物电解质的方向，第三个是基于硫化物电解质的方向。欧洲公司正在进行固态聚合物的研究，而丰田、索尼和松下等日本公司则以陶瓷电解质和聚合物为基础，目前所有固态电池尚未完全工业化。从总体分布来看，固体电解质的研究分布在两个方面。首先，美国和美国做得更扎实。第二，亚洲，集中在东南亚，主要在中国、日本和韩国从事电池的研究、生产和开发。

全固态电池的关键问题是离子传导和界面兼容性。通常，正极中有电子导体和离子导体，中间的固体电解质起隔膜的作用。在电池充放电过程中，离子导电性起着关键作用，对电池容量、循环充放电性能、功率等特性有着重大影响。

博士梁成都表示：“固体电解质大致可分为三类，一类是聚合物，另一类是氧化物、磷酸盐，第三类是硫化物。CATL在全固态电池的开发方面有多年的研究和积累。同时，它在大型电池的设计和研发方面有丰富的经验国家的，也就是说，我们在提高离子导电性和电池能量密度方面做了一些工作，目前处于早期研究阶段。CATL认为，所有固态电池都可以真正实现能量密度，如果能量密度为300-500Wh/Kg，单次充电的续航里程将大大提高。这可能需要稍短的电池循环寿命。"

聚合物固态电池最大的优点是安全耐用。即使电池被刺穿，它仍然可以使用，并且在切割、切割和弯曲时仍然可以工作。中间没有液体，也没有流动性。危险发生后，它不那么易燃，其单体能量密度与传统锂离子电池相比仍有明显优势。法国博莱里公司已经将其商业化（化学系统为Li/PEO/LFP），并在英国伦敦投放了3500辆城市租赁汽车。然而，聚合物固体电解质的电导率与温度有很大的关系，这需要加热部件。当温度升高时，导电性变得更好，并且需要能量来升高温度，这导致整个电池组的有效能量密度显著降低。同时，由于聚合物固态电池的功率性能较差，在实际使用中需要与大功率超级电容器配合使用。更明显的缺陷是，基于PEO的聚合物固体电解质的电化学稳定性窗口较窄，通常在4V以下，相应的阴极材料只能是LFP。这样，其总能量密度很难达到300Wh/kg。

国内外许多公司和研究机构也对氧化物固体电解质进行了更多的研究。其中，美国橡树岭国家实验室设计并制造了一种以LIPON为固体电解质的固态薄膜锂金属电池。它的循环寿命非常好，可以循环数万次。然而，一旦将其制成大型电池并设计为厚电极，其循环性能将显著降低，无法满足应用要求。此外，氧化物固体电解质的离子电导率仍然不足，一系列已知的氧化物固体电解质室温离子电导率基本低于10-3S/cm的水平，离实际应用还很远。

硫化物基固体电解质的明显优点是，其在室温下的离子电导率接近当前液体电解质的离子电导率，仅从离子电导率水平来看，就接近应用水平。近年来，日本公司对硫化物进行了大量研究。硫化物也是CATL的重要研发方向，其主要优势在于离子电导率高；

电化学窗口更宽，拓宽了阴极材料的选择范围，因此在电池化学体系的选择上更加多样化。

梁成都博士表示，对于硫基全固态电池，正极界面和负极界面之间存在界面反应。对于正极界面，可以通过正极涂层改性来解决，而负极界面可以在锂金属表面形成稳定的缓冲层。在实际应用中，离子导电性仍然存在接触问题。热压用于改善界面接触，以提高电池系统的整体离子导电性。硫化物与空气和水接触时稳定性较差。当它与水接触时，会释放出剧的硫化氢气体，并散发出臭味。如果这个问题发生在汽车上，人们无法忍受。CATL对这种材料进行了改进，提高了它的稳定性，使它更加工业化。然而，制造业是一个巨大的挑战，生产过程和工艺与锂离子电池的传统生产方法完全不同。CATL开展了一系列材料研究和工艺开发，积极布局固态电池的产业化方向。

“谈到电池的生产过程，每个人都希望所有固态电池都能早点问世，但问题是现在没有生产设备，这是一个挑战。纯固态的生产过程未来可能需要一系列工作。即使现在完成了化学系统的研究，从开发到生产至少需要3-5年的时间生产设备的发展到可用电池的设计。化学系统本身需要一个不断优化的过程，所以我们认为基本上是五年左右。当然，也不排除会有突破性的事情发生。"

目前的市场需求希望使用全固态电池来解决传统锂离子电池的安全问题，并提高能量密度，使汽车行驶得越来越远，同时电池成本也会下降。CATL认为，未来实现全固态汽车是有希望的，但每个人都需要耐心等待技术成熟。5月24日，第一电网在深圳举办“动力电池：电动汽车新需求-2016动力电池产业发展论坛”，试图明确动力电池产业格局和需求方向，探讨新时代动力电池面临的挑战和对策。当代安培科技股份有限公司新能源技术股份有限公司（CATL）研究所所长梁成博士发表了题为“全固态金属锂电池的挑战与进展”的演讲。他认为，全固态动力电池的商业化至少需要3-5年的时间，从现在开始，材料、结构和电池设计等仍有许多基本问题需要解决。

梁成，当代安培科技股份有限公司研究所所长，新能源科技有限公司（CATL）

梁成都博士介绍，全固态电池的研究主要有三个课题。一是高分子电解质的发展方向；

第二个是基于氧化物电解质的方向，第三个是基于硫化物电解质的方向。欧洲公司正在进行固态聚合物的研究，而丰田、索尼和松下等日本公司则以陶瓷电解质和聚合物为基础，目前所有固态电池尚未完全工业化。从总体分布来看，固体电解质的研究分布在两个方面。首先，美国和美国做得更扎实。第二，亚洲，集中在东南亚，主要在中国、日本和韩国从事电池的研究、生产和开发。

全固态电池的关键问题是离子传导和界面兼容性。通常，正极中有电子导体和离子导体，中间的固体电解质起隔膜的作用。在电池充放电过程中，离子导电性起着关键作用，对电池容量、循环充放电性能、功率等特性有着重大影响。

博士梁成都表示：“固体电解质大致可分为三类，一类是聚合物，另一类是氧化物、磷酸盐，第三类是硫化物。CATL在全固态电池的开发方面有多年的研究和积累。同时，它在大型电池的设计和研发方面有丰富的经验国家的，也就是说，我们在提高离子导电性和电池能量密度方面做了一些工作，目前处于早期研究阶段。CATL认为，所有固态电池都可以真正实现能量密度，如果能量密度为300-500Wh/Kg，单次充电的续航里程将大大提高。这可能需要稍短的电池循环寿命。"

聚合物固态电池最大的优点是安全耐用。即使电池被刺穿，它仍然可以使用，并且在切割、切割和弯曲时仍然可以工作。中间没有液体，也没有流动性。危险发生后，它不那么易燃，其单体能量密度与传统锂离子电池相比仍有明显优势。法国博莱里公司已经将其商业化（化学系统为Li/PEO/LFP），并在英国伦敦投放了3500辆城市租赁汽车。然而，聚合物固体电解质的电导率与温度有很大的关系，这需要加热部件。当温度升高时，导电性变得更好，并且需要能量来升高温度，这导致整个电池组的有效能量密度显著降低。同时，由于聚合物固态电池的功率性能较差，在实际使用中需要与大功率超级电容器配合使用。更明显的缺陷是，基于PEO的聚合物固体电解质的电化学稳定性窗口较窄，通常在4V以下，相应的阴极材料只能是LFP。这样，其总能量密度很难达到300Wh/kg。

国内外许多公司和研究机构也对氧化物固体电解质进行了更多的研究。其中，美国橡树岭国家实验室设计并制造了一种以LIPON为固体电解质的固态薄膜锂金属电池。它的循环寿命非常好，可以循环数万次。然而，一旦将其制成大型电池并设计为厚电极，其循环性能将显著降低，无法满足应用要求。此外，氧化物固体电解质的离子电导率仍然不足，一系列已知的氧化物固体电解质室温离子电导率基本低于10-3S/cm的水平，离实际应用还很远。

硫化物基固体电解质的明显优点是，其在室温下的离子电导率接近当前液体电解质的离子电导率，仅从离子电导率水平来看，就接近应用水平。近年来，日本公司对硫化物进行了大量研究。硫化物也是CATL的重要研发方向，其主要优势在于离子电导率高；

电化学窗口更宽，拓宽了阴极材料的选择范围，因此在电池化学体系的选择上更加多样化。

梁成都博士表示，对于硫基全固态电池，正极界面和负极界面之间存在界面反应。对于正极界面，可以通过正极涂层改性来解决，而负极界面可以在锂金属表面形成稳定的缓冲层。在实际应用中，离子导电性仍然存在接触问题。热压用于改善界面接触，以提高电池系统的整体离子导电性。硫化物与空气和水接触时稳定性较差。当它与水接触时，会释放出剧的硫化氢气体，并散发出臭味。如果这个问题发生在汽车上，人们无法忍受。CATL对这种材料进行了改进，提高了它的稳定性，使它更加工业化。然而，制造业是一个巨大的挑战，生产过程和工艺与锂离子电池的传统生产方法完全不同。CATL开展了一系列材料研究和工艺开发，积极布局固态电池的产业化方向。

“谈到电池的生产过程，每个人都希望所有固态电池都能早点问世，但问题是现在没有生产设备，这是一个挑战。纯固态的生产过程未来可能需要一系列工作。即使现在完成了化学系统的研究，从开发到生产至少需要3-5年的时间生产设备的发展到可用电池的设计。化学系统本身需要一个不断优化的过程，所以我们认为基本上是五年左右。当然，也不排除会有突破性的事情发生。"

目前的市场需求希望使用全固态电池来解决传统锂离子电池的安全问题，并提高能量密度，使汽车行驶得越来越远，同时电池成本也会下降。CATL认为，未来实现全固态汽车很有希望，但每个人都需要耐心等待技术成熟。

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