超昇网配资比亚迪：硫化物全固态电池产业化进展和挑战

以下内容根据现场演讲精简

【硫化物全固态电池产业化进展和挑战——比亚迪股份有限公司动力电池创新研究中心副总监潘仪】

尊敬的董会长，各位新老朋友下午好，感谢联盟邀请，我们硫化物这个方向也是持续得到联盟关注支持，包括一些主要的单位的支持。这次就想分享一下我们在硫化物产业化方面的最新进展和挑战。

硫化物固态电池方向关注度很高，上下游投入也很大，路线的目标很好，但是困难也很多，我们相信很多困难应该是有共性的，就希望找一些共识也找一些合作机会。目前行业发展的趋势，国外早一些，我们目前观察总的来说，国外这些，包括日本的，欧洲的这些单位，也处于一个从实验室，小试线，往产业前期转化的阶段，我们也在关注最近一两年当中他们投入也在增大，包括最近一些报道，德国两家有些进展，日本有些装车的报道，有些参数出来，然后日本有一些最新的规划出来，我们觉得值得关注的一点是商业宣传之外，他们是不是真正意义上在一些技术瓶颈上取得突破，这个是值得高度关注的。

国内的情况这一两年明显有加速度，这里面有些推动力，加快进展同时，我们的观察还是会分成这么几个阶段，从当前产业化验证的阶段到下一步要进行一定的示范的应用期，到再下一步拓展，我们现在听到很多好消息，很多友商也有陆续报道发布出来，我们相信现阶段还是要去在这个产业化验证周期当中解决好路线当中的一些重要问题，从材料到设计到工艺。

各个路线刚刚几位都做了分享，我们相信这三个路线应该是在比较长周期当中并存的，从性能角度来看，硫化物的体系关注度会高一点，当然也包括一些硫化物和一些体系组合，可能有一些细微差别大差不差，我们的产业化还是有限硫化物为主，也有硅基负极核锂金属负极的路线，我们希望在产业化过程当中，先综合地满足车辆跟客户的需求，作为引导来考虑一个比较均衡的指标。

从进展看，这个材料的角度，特别是硫化物电解质角度，进展是比较快，各家路线趋同，硫银锗矿的Li6PS5Cl体系，加入卤素掺杂，像大颗粒离子电导率早已>10 mS/cm，小粒径的最近观察，最近国内突破也很快（此前日本水平~4 mS/cm，现国内普遍达到或超越该水平），这里面值得一提的就是这个系统性开发方法，特别是AI的应用，从计算当中筛选机会，高通量的实验进行验证落地，这套方法我们现在看是行之有效的，也得到了像南科大这些单位的支持。

在界面上有很多科学问题跟科学认识突破，现在我们真正意义上跟电池产业化，产品开发结合在一起，十个界面识别我们是两年之前做的，最开始我们关注的小界面会多一点，但随着产品推进，发现这里面各个界面，其中绝大部分对我们产品性能都确实有影响，从小界面到大界面，到一些电子界面，不管离子导还是电子导，还是副反应控制都有影响，在这些认知基础上，也是得到很多合作单位在这个基础研究上支持，怎么样做固固界面改性，力电耦合优化，更好的等静压致密度的工艺、更好的包覆等等，还是看到这些问题都是有望解决的，也有一些进展。

这是我们电池一些样品实现，实现从1Ah到20Ah、60Ah、80Ah样品开发，面向产品化与装车设计，也遇到很多问题，这个技术层级之间的衔接还是有很多挑战，怎么样从电池需求、材料的需求，从固固界面状态，电化学体系跟电池设计制程当中参数组合，又从电芯性能当前状态，其实现在模组跟系统是向电芯让步的状态，当然也会反向给电芯提出要求，能不能用更小压强做，能不能实现更好一致性，工作温度等，在1Ah上有好的性能，80Ah上复现出来也不容易，有很多设计参数在里面。

这是产线一些情况，这条线是从液态中试线改出来的，大体上80%的设备都是可以沿用的，大概10%是新增的工艺，10%是在原有基础上改装的，总的来说跟液态线的兼容性，还是大部分可以兼容的，当然这个当中怎么样控制安全和露点，这个是非常关键，我们也建立一套自动监控的系统，这条线目前每天可以小批量地产出这个电池，当然现阶段还是发掘问题发现问题，提升优化为主。包括上游一些关键材料放大，这是一些进展。

我们从模具电池开始，探索化学体系，从1Ah实现，到中试级电池、到电池系统，这里面很多的问题是随着放大过程中发现暴露出来的，材料层级看最突出两方面挑战，体积变化，这也是跟界面稳定性有关的问题，当我们要追求更高能量密度的时候，比如说正极更高的镍，负极更高的这个容量，这些挑战都存在一个能量密度和体积变化以及微观界面破坏这么一个矛盾，这是一个比较突出的矛盾，我们要从比如350Wh/kg往400Wh/kg走，这里面从材料角度，还有很多矛盾的挑战。

另外一块就是界面副反应，目前看正负极都有，而且其中一部分的元素成分是会加剧这个副反应，对我们电池寿命包括储存，包括循环都还有一些挑战，当然也有一些应对措施，从结构设计、掺杂角度去控制它的体积变化，通过表面成分跟包覆去优化界面副反应，这个也是希望同很多上游企业一起协同，进一步推这些改善。

我们看看电解质的挑战和需求，一个要有比较精准的功能化，适应不同材料，电解质层和电极层需要的电解质特性不一样，正负极不一样，甚至包括不同的正极，或者不同的负极，这个需求都不一样，主要是这几个因素，粒径，适配，特别是跟正负极材料适配以及电解质自身的颗粒适配，副反应控制、杨氏模量适配，总的来说还是希望电解质软一点，表面特性适配，当然还有基础的高离子电导率和高的稳定性。

第二块提升能量密度也好，长期来说降低成本也好，都有一个电解质降量的问题，一个是复合电极的电解质用多少比例，正极最低降多少，负极最低降到多少，这里面会有一个极限问题，跟这个拓扑学有关系，如何堆积，离子电导和电子导怎么样优化，这是一个挑战，另外一块电解质层厚度，这块目前还存在比较突出的矛盾，通过降厚度可以提升能量密度，降低阻抗，降低成本，但是这里面对工艺的挑战，对电解质本身配方挑战很大，因为薄了以后很明显短路率会高，自放电会大、强度会降低。

另外一块设计跟工艺，特别是制程的，这里面提到液态电池差异的点，包括形变的问题，像极片电芯边缘形变，电池做大了以后，这样的形变还是会带来很多风险和隐患，怎么样处理好边缘形变问题，怎么样做Overhang区域的精准设计，包括厚度补偿技术，另外一块当我们批量走的时候，发现短路的问题是比较突出，我们在一些批次上面可以做到很低短路率，个位数，但是也会有波动，这种波动不光影响制程良率，而且有长期使用的风险隐患，我们不希望电池在车上，在系统当中发生内短路问题，这个环节的控制和液态电池同样关键，甚至难度更大，因为我们知道它的边缘形变特殊性，电解质层和隔膜是不一样的，这里面应对措施很清晰，但是怎么实现，里面有很多机会和挑战，边缘的防护也好，电解质层品质，高强度，零缺陷，包括全流程的控制，还有一个挑战是液态电池可能之前更没有想到的点，这个均匀性的问题，因为现在总的来说，我们在降工作压强，但是还是需要一定的压强保证全固态电池工作，这个时候厚度分布到应力分布到容量发挥，这组的映射关系，这个对电池制程也是提出更高要求，怎么样提升厚度一致性，或者有没有一些压强补偿的机制。

然后我们全固态电芯带来的一些新的特征，也会直接影响到系统的设计的调整，包括我们要在提供足够压强情况下，怎么样降低它的重量，实现一个足够系统能量密度，比如电芯做到400Wh/kg，系统能做到多少，这有一个压强实现跟轻量化的矛盾，现在也是取得了一些进展，包括这个过程当中当中一些形变，断面平整度的问题，另外在系统当中一致性，在模组和PACK层级的一致性，这个我们发现它对系统发挥的影响是很大，包括力的一致性、温度场的一致性，我们发现它对系统发挥的影响是很大，因为我们现在应该大部分的单位做的硫化物还是需要一定的工作温度，略高的35-45的温度性能会明显提升，那么在PACK可以实现这样的温度，但是怎么样实现这个温场，这也是一个挑战。所以我们也是这个方向，做重点投入之前，做了很多的第一性原理的长期的展望，前面也发布过这些观点，长期来说，我们认为这个成本也是可以做下来的，性能从第一性原理角度，能量密度、寿命，压强的这个范围都有希望提到一个可以跟液态电池PK的水平，这个路径比较长，预期27年希望小范围的示范运行，到30年逐渐成熟了以后，做这个市场拓展。这个过程希望得到联盟各个兄弟单位，包括整个产业链更多的合作和支持，来推进这个全固态电池特别是硫化物全固态电池产业化的推进。谢谢大家!