本文目录一览：
- 1、蜂巢能源-陈少杰：《全固态锂电池技术研发挑战与思考》
- 2、新能源汽车的电池分类有哪些
- 3、现在新能源电池有哪几种，新能源汽车电池种类
- 4、锂硫固态电池测试成功？三元锂电池将何去何从？
- 5、电动汽车用什么样的电池最好
- 6、固态电池材料成分
蜂巢能源-陈少杰：《全固态锂电池技术研发挑战与思考》
7月7日，2021中国国际锂电产业大会（简称金砖锂电论坛）在上海 汽车 会展中心顺利召开。本届金砖锂电会议为期两天，主题为以“新技术、新应用、新发展”为主题，采用“会议论坛+展览展示+体验营销”三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。
蜂巢能源 科技 有限公司的固态电池研发总监-陈少杰出席论坛并发表主题演讲——《全固态锂电池技术研发挑战与思考》。
以下为演讲实录：
各位专家、各位老师，上午好！非常荣幸有这个机会和大家分享和交流，因为之前我很长一段时间在中科院工作，后面加入了蜂巢，所以接下来我将结合这两个工作单位的工作经验，同大家进行汇报。
一、背景介绍。
固态电池主要是有几方面的优势：
1、固态电解质替代了易燃易爆的电解液，所以它相对比较安全。
2、固态电解质的非流动性，可以实现电芯内部的串联、升压，一方面可以降低电芯的包装成本，另一方面可以提升体积能量密度。
3、因为它比较安全，所以在PACK层级可以不用或少用冷却系统，进一步提高空间利用率，它也被认为可以匹配更高压的正极材料，同时可以使锂金属负极成为可能。
正因为它有这些优点，所以国内外对技术展开了广泛的研究，就全固态技术而言，最具代表性的企业有丰田、三星等。
从专利的申请趋势来看，其实70年代开始，欧洲和美国率先在聚合物电解质方面开始了申请。2000开始，大规模的申请在无机固体电解质材料方面，主要是在日本。
中国是2010年以后才有无机固体电解质的大规模申请，近几年也呈现爆发式的增长，可见技术的热度。
在产业界也呈现了对该技术的高度热情和关注，一些非常著名的公司、伟大的公司，包括丰田、大众、福特、宝马、奔驰等等，都对该技术进行了投资和布局，丰田更是计划这个月在东京奥运会展示装有全固态电池的概念车。
回过头来看，固体电解质的类型目前研究比较多，并且有产业化尝试的有三类：硫化物、氧化物、聚合物。
室温电导率方面，硫化物比较高，氧化物次之，聚合物最低。
二、聚合物电解质体系全固态电池。
聚合物最具典型的代表是PEO类，通常认为氧原子和锂离子络合解离再络合的形式进行传导，PEO具有比较高的结晶度，所以室温下自由移动体积比较小，通常电导率比较低，只有10的负6次。
常用的改性方式是通过加入无机的填料，包括导离子的快离子导体，以及不导离子的惰性填料。
通过引入无机电质可以形成两方面的效益：
（1）通过路易斯酸碱理论可以提高锂离子的迁移数。
（2）形成交联中心，降低PEO洁净度，提高电导率以及机械性能。
这方面之前做过比较多的研究，整个来看电导率大概可以达到10的负4次水平。
除了无机的复合，也可以通过分子结构的设计层面来对它进行改性，通过交联、接枝、共聚等等，形式上可以采用热固化、光固化的形式。比较遗憾的，目前电导率还是没有超过10的负3，尤其在室温条件下。
在聚合物全固态原型锂电池的验证方面，曾经我们也做过一个工作，拿磷酸铁锂的极片表面直接涂布共聚的小单体，利用光或热进行固化，来构建正极和电解质一体化的结构，降低界面阻抗。
比较遗憾的，电解质的电导率比较低，软包电池只能在60度下面才有比较好的电池性能，进一步也利用聚合物的非流动性来验证和实现了内串结构。确实可以一个包装，一个电芯封装内实现内部升压。
在产业化方面，涉及比较多的就是薄弱雷（音）技术，包括三千辆的出租车，以及最近在梅赛德斯、奔驰上电动公交车上的应用，他们采用的生产方式主要是挤压成形，进行卷对卷大规模的生产。
整个电芯采用磷酸铁锂为正极，PEO为电解质，金属锂为负极，整个电池模组上不需要冷却系统，整个电芯工作是在60-80度下才能工作，事实上在这个温度下，聚合物属于一种熔融状态，所以缺乏一定的机械强度，最近因为发生了一些绝缘短路的事件，进行了召回。
总体而言，聚合物的优势在于分子结构设计比较灵活，想象空间比较大。另外它的工艺比较简便，对兼容稳定性比较好。
具备挑战是锂离子的传输性能不够高，尤其是窗口比较窄，在锂离子输运机制、动力学和宏观性质的基本认识还存在着一些问题。
三、氧化物电解质体系全固态电池。
在座有很多专家，我说得不对还请指正，氧化物主要类型是钙钛矿型、NASICON型和石榴石型。
钙钛矿型典型的代表是LLTO，通常离子电导率比较高，缺点是对金属锂接触不稳定，锂可以把四价钛还原成三价。
NASICON的典型代表是LATP、LAGP，通常电导率只有10的负4次，但是稳定性比较好，而且电化学窗口比较宽，同时粉体比重相对比较轻。它的缺点也很明显，电导率比较低，而且做成陶瓷电解质薄弱韧性不足，对锂不稳定。
LLZO是典型的石榴石型的代表，电导率比较高，可以达到10的负3次，电化学窗口也比较宽。但是合成价格比较高，另外比重比较大，而且片材比较脆，空气中也会有些副反应。
蜂巢能源在氧化物方面，包括粉体和陶瓷片也有积累，进行了相应的研究，在氧化物全固态锂电池验证方面做过一个工作，拿LAGP陶瓷片作为电解质隔膜，同时正极用磷酸铁锂，负极用金属锂，并用PEO进行保护。
整个电池在60度工作温度下，有非常好的循环，但是这里要提到一点，陶瓷片如何做薄，把比重减轻是非常大的技术挑战。
在产业化方面，氧化物主要还是日本、韩国有比较多的研究，主要他们在微型器件上，包括传感器、电脑芯片等方面都有一些全固态电池的应用。
当然TDL公司也采用有机、无机复合的方式来制造软包电池，也可以制作2安时、4安时的软包，但是电芯需要在温度比较高的环境下进行工作。
右边的图是前段时间非常火的Quantum Scape技术，技术的核心是把陶瓷片做薄，做得基本可弯曲，单片电池表现出非常好的电池性能。
我认为电池要做大还是有一定的难度，所以整体而言氧化物稳定性是非常好的优势，存在的挑战是室温电导率比较低，颗粒比重比较重，成膜性不好，部分对空气敏感，而且堆叠技术存在一定的困难。
四、硫化物电解质体系全固态电池。
硫化物电解质有Thio-lisicon（音）体系，通常分为三元体系、二元体系。
1、三元体系。
以硫化锂和五硫化二磷以外，再引入第三种组分，通常是硫化锗、硫化硅、硫化锡、硫化铝这些材料，可以构建三维离子通道，导电率比较高。
但是硫化锗、硫化硅这些材料非常昂贵，一克要四五百块钱，而且很多公司由于储存的问题已经停产，所以个人认为这类材料要产业化，可能成本控制上会是比较大的挑战。
2、二元体系。
二元体系顾名思义以两种原材料：硫化锂、五硫化二磷，硫化锂占硫化物电解质成本达到70%以上，甚至达到90%，所以从这里可以思考，如何把硫化锂的用量进行减少，来进一步控制成本。
3、硫银锗矿。
最具典型的代表就是锂六磷硫五氯，三星和日立造船公开的报道，都是采用了该种电解质。
制备方法上，通常有球磨法、熔融萃取法、液相法，以及最近的气相法，我觉得这些都是非常好的进展，可以进一步从放量制造的工艺上降低成本。
最后要提到一点是硫化锂的合成优化，事实上由于整个产业链没有形成，大家对硫化磷的合成方案没有进行过多的关注，实际上硫化锂有很多种合成方案。
从电解质材料降本的维度思考，一方面可以从原料硫化锂合成方案进行优选，以及达到规模化，完全可以做到9000元每公斤以下，进一步结合电解质组成设计的优化，把成本再降到5000元每公斤以下，进一步利用规模化效应降到100万每吨以下是完全有可能的，这是成本控制方面的思考。
当然还有个稳定性，我们都说硫化物不稳定，实际生产过程中我们就要有面临溶剂的稳定性，包括干房的稳定性。
我们以前的工作表明通过非极性溶剂的选择以及元素掺杂，能够一定程度上进行改善。
还有对锂稳定性，二元体系比三元体系更加来得稳定，因为它是可逆反应。另外通过材料的改性，比如碘化铝掺杂314（音）体系，也可以显著提升稳定性，同时也可以通过界面改性，包括锂金属的保护等等手段，都可以进行相应的改性。
产业化方面，对外报道比较多的是Solid Power，采用传统锂电池的制备方式。按照他们的说法，他们把注液、化成和排气制成设备和场地全部减下来，计算出来的成本可以降低34%。
因为固态电芯相对比较安全，所以PACK层面不需要冷却系统，也可以相应降低9%，整个电芯采用NMC三元高镍系列，负极是高含硅负极、金属锂，电解质是硫化物。
他们计划今年的Roadmap是340瓦时/公斤，720瓦时/升，计划2026年进行量产，认为锂金属会比2026年晚。
硫化物最大的优势是室温电导率比较高，质量较柔软。挑战是稳定性比较差，确实难度非常大，工程化技术非常难。
另外一点通常被疏忽的，全固态电池真正在工作过程中，需要外界的束缚压力，目前我们国内对这方面研究比较空白，在日本方面从电芯、模组、PACK方面不同的维度提出了解决方案，可以供我们参考。
接下来跟大家汇报一下蜂巢能源在全固态方面的进展，首先电解质材料，我们也开发了在干房中两小时内保持96%的电导率，已经形成了百克级的能力。
进一步我们也做了正极，开发了4毫安时每平方厘米的正极极片，在室温条件下是0.1C充放放，首效可以达到96.3%，克隆量可以达到220，这个0.1C倍率完全可以接近现在液态的水平。
循环方面，我们选择了1/3 C倍率。这个循环来看，目前也是可以有比较好的循环，但是倍率方面我们确实要下一步重点的工作。
同时我们也想把极片做得更厚，做成5毫安时每平方厘米厚电极，很遗憾首效下降了，比容量也有所损失，这是接下来要攻关的难题。
电解质膜方面，我们也用了湿法涂布的方式，室温条件下厚度可以达到20-30微米，跟三星报道的数据基本接近，蜂巢能源从材料工艺、组件、器件、测试方面形成了积累，也申请了专利54项。
目前开发的AH级全固态锂电池，正极采用三元高镍材料，负极是以硅基的合金材料为主，电解质和电解质膜是我们自主开发的，能量密度可以达到320瓦时/公斤，安全性上面有充分保障，也通过了针刺以及进行了一些裁剪火烧的演示。
四、总结及展望。
无论是氧化物、聚合物，硫化物都有各自的优缺点，我们认为关键材料固体电解质的革新和突破是加速全固态技术应用的关键，我们也很欣喜地看到有卤化物等新型的材料出现，给了我们更大的选择。
除了材料方面，还需要解决加工层面的问题，主要包括四个方面：
（1）改善材料和界面的控制。
（2）解决加工的挑战和成本。
（3）表现出超越先进锂离子电池的性能。
（4）保持固态电池组的最佳堆叠压力，而不影响成本和能量密度。
我们认为以3C消费类、特种电池等应用需求为目标的全固态电池会在短期内实现，事实上在日本航天航空领域已经实现，而满足电动 汽车 所需性能、成本和可制造性的全固态电池可能需要更多的时间。
我们蜂巢能源作为定位于因创新而前进，打造伟大公司的企业，愿意持续关注这个技术的发展，谢谢大家！
新能源汽车的电池分类有哪些
新能源电动汽车电池种类大致归为铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池等几大门类。
1、铅酸电池
铅酸电池成本低、低温性好、性价比高；能量密度低、寿命短、体积大、安全性差。由于能量密度和使用寿命很低，作为动力的电动汽车无法拥有良好的车速和较高的续航里程，一般用于低速车。
2、镍氢电池
镍氢电池成本低、技术成熟、寿命长、耐用；能量密度低、体积大、电压低、有电池记忆效应。虽然性能优于铅酸电池，但是含有重金属，遗弃后对环境造成污染。
3、锰酸锂电池
锰酸锂电池成本低、安全性和低温性能好的正极材料，但是其材料本身并不太稳定，容易分解产生气体，因此多用于和其它材料混合使用，以降低电芯成本，但其循环寿命衰减较快，容易发生鼓胀，高温性能较差、寿命相对短，主要用于大中型号电芯，动力电池方面，其标称电压为3.7V。
4、磷酸铁锂电池
磷酸铁锂离子电池热稳定佳、安全、成本低、寿命长，能量密度低、怕低温。电池温度处于500-600℃时，其内部化学成分才开始分解，并且穿刺、短路、高温都不会燃烧或者爆炸，使用寿命也较长。但车辆续航里程一般，当温度低于-5℃时，充电效率低，不适合北方在冬天充电的需求。
5、三元锂电池
三元锂离子电池能量密度高、循环寿命长、不惧低温；高温下稳定不足。能量密度可达最高，但高温性相对较差，关于续航里程有要求的纯电动汽车，其是主流方向，且适合北方天气，低温时电池更加稳定。
现在新能源电池有哪几种，新能源汽车电池种类
新能源汽车分为哪几类：分类
1.纯电动汽车(Blade Electric Vehicles，BEV)是一种采用bai单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。
2.混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，混合动力汽车有多种形式。
3.燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下．在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
锂硫固态电池测试成功？三元锂电池将何去何从？
目前纯电动汽车主要搭载的电池为三元锂电池，部分车型使用的是磷酸铁锂电池。这两种电池同属于液态电池，所以在低温条件下内部的化学反应受到抑制，会影响续航表现，这点也深受消费者所诟病。为了缓解这种状况，目前很多车企开始着手研发固态电池。而根据相关媒体报道，英国锂硫电池技术企业OXIS Energy成功测试了一款能量密度为471Wh/kg的电池电芯样品。那么锂硫固态电池测试成功意味着什么呢？
正如上面所说的那样，为了缓解液态电池存在的“畏寒”现象，很多车企开始着手研发固态电池。固态电池采用固体电解质，工作温度范围更广，稳定性更高，而且能量密度要高于液态电池，可以提供更长的续航里程。不过固态电池生产成本同样较高，而且充电速度相对较慢。就生产成本这一项来看，如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池，其成本会达到1.5万美元，而足以为汽车供电的固态电池成本更是高昂。
而英国公司测试锂硫固态电池是以硫元素作为正极，金属锂作为负极的一种锂电池，这种电池的材料理论比容量和电池理论比能量分别高达1675mAh/g和2600Wh/kg。同时，与其他固态电池相比，锂硫固态电池生产成本相对较低，能量密度高，所以该电池的测试成功可以为缓解固态电池生产成本高昂的问题提供新的研究方向，使固态电池的应用可能性大为增加。
当然，锂硫固态电池相比其他固态电池来说虽然生产成本较低，但是存在使用寿命较短的问题，所以固态电池要想真正的应用，仍然任重而道远。
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电动汽车用什么样的电池最好
说到汽车，我们会想到 ldquo燃油车。和 other电动汽车。它们最大的区别在于电池。目前新能源汽车的小伙伴越来越多。在享受新能源汽车带来的便捷、智能、环保的出行体验时，很多小伙伴朋友更注重汽车电池的使用。让我们用汽车编辑器来看看什么样的电池最适合 电动车 。
电动汽车最好的电池类型是什么？
三元锂电池
即合理，三元锂电池能在众多动力电池中脱颖而出，成为主流，与其两大优势分不开。一开始它的能量密度高，可以给电动汽车带来很好的续航能力。其次，三元锂电池的寿命、输出功率和成本都调整到了必要的平衡，有利于在全国范围内商业化。所以我们看到了 特斯拉 、比亚迪、北汽新能源等电动行业的龙头公司，他们的产品大部分都是三元锂电池。
三元锂电池是指正极为镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(al)三种金属元素的聚合物，关键电解质为六种磷酸锂的电池。镍是一种活性金属，关键作用是增加电池的能量密度，带来更高的电池寿命。钴也是一种活性金属，可以抑制阳离子的混合，这将提高电池的稳定性和使用寿命，钴也决定了电池的充放电速度和效率。锰或铝的关键作用是提高安全系数和稳定性。
通过三元锂电池的原理，我们也可以发现，提高三元锂电池的能量密度和充放电速度就是增加电池中活性金属的比例，这也意味着稳定性和安全系数的降低。它的性能和安全性相互冲突，但三元锂电池的安全系数可以通过安装电池管理系统和温控系统来解决。因此，从商业推广的角度来看，三元锂电池需要优于更稳定的镍氢电池和磷酸铁锂电池。
燃料电池
新能源汽车的另一个流行概念是氢燃料电池汽车。具体来说，尽管氢燃料电池携带电池 rdquo两个字，但它不是储能装置，而是发电装置。它的本质是电解水的逆反应，氢气和氧气通过催化剂发生化学反应，产生电子。
燃料电池的优势显而易见。与三元锂电池制造和回收过程中重金属造成的污染相比，燃料电池更清洁、更环保。而且是一种发电装置，通过补充氢气可以持续产生电能，其便利性需要比三元锂电池强很多。
氢燃料电池被认为是未来最清洁的能源，但制氢、运氢和储氢的困难基本上制约了氢燃料电池的发展。此外，氢燃料电池汽车的高成本也制约着其商业化，难以在短时间内进行质的提升。
固态电池
我认为电池的充放电基本上是电子在电解液中来回到阳极和阴极的过程。原则上，固态电池和三元锂电池没有区别，只是液体电解质被固体代替。显而易见的优势是，固态电池比锂离子电池需要更好的能量密度和稳定性。
固态电池的固体电解质不可燃、不挥发，也没有锂离子电池的漏电和枝晶现象，所以安全系数需要高很多。而且，使用固体电解质后，动力电池会变得更轻、更小，甚至更灵活。这意味着固态电池遍布全国后，电动汽车的空和电池寿命将会有很大的突破。
电动汽车最好保养什么样的电池？
1.防止行驶中突然加速。 纯电动 汽车的百米加速性能堪比跑车，但在起步、载人、上坡时无需猛踩加速。正因为如此，电池会放电出很大的电流，容易导致硫酸铅结晶，破坏电池极板的物理性能，影响速度和性能的突然下降。
2.避免汽车暴晒或太冷。纯电动汽车不必长时间暴露在强烈的阳光下。由于温度较高，电池内压会升高，影响电池失水，导致电池活性降低，加速极板老化。相反，你不必认为如果你长时间不在寒冷的环境中驾驶，你就会没事。如果温度过低，续航能力会急剧下降，对电池组性能造成不利影响。北方地区很多小伙伴都反映，冬天气温过低时，一般充电时间比以前长，续航能力明显下降。
3.良好的充电时间控制。充电时，充电不足或过度放电基本都会影响电池的寿命。在使用过程中，汽车应根据汽车的实际情况进行充电。如果电表指示灯亮着，应尽快充电，否则电池过度放电会影响使用寿命。大部分情况下，电池平均充电时间在8-10小时左右，充电时间不宜过长，否则会通过发展变化过度充电，使电池发热，影响电池寿命。
4.养成定期保养的好习惯。无论是传统燃油车还是 新能源车 ，基本上都要养成定期保养的好习惯。在行驶过程中发现续航里程突飞猛进下降，也就是突然少了十公里，那么可能是电池问题，需要去4S店检查维修。这个时候不要拖，否则可能会加重电池损耗。
5.确保电池在闲置储存时充满电。如果长时间不打开，会觉得可以在断电状态下停车，想开车的时候等满了再开。这种想法是错误的。由于电池处于长期失电状态，容易硫酸化，硫酸铅晶体附着在极板上，对电池危害极大。因此，即使你想长时间停车，也必须保持必要的动力，并确保每月至少需要充电一次。
电动汽车最好用什么样的电池？
从电动汽车电池的类型开始。一般来说，目前市场上电动汽车的电池类型一般包括锂电池、铁电池、钛酸盐电池和铅酸电池，其中铅酸电池一般用于微型车，其他主流车型均采用锂电池、铁电池和钛酸盐电池。而且这三类电池基本都支持充电和使用的功能，不会因为充电和使用而影响电池寿命损耗。
其次，从电池寿命的关系来看，电池的充放电过程是一个正反向的化学反应。但是随着科技的进步，电池在适应充电过程方面有了很大的进步，不会影响电池的使用寿命。简单来说，现在的手机随时随地都可以充电，不会像以前那样用完再充电，使用说明书也没有对此给出很好的提醒。
就电池本身而言，其电量的使用由BMS(电池管理系统)很好地调节，BMS会根据汽车的状态和剩余电量自动调节充电电流，从而达到保证电池的目的。同时，由于电池本身的工作环境不同，尤其是在冬季，为了节省给电池加热的电量，保持电池在良好的活动状态下充电，在充电使用时效果更好。
总的来说，电动汽车的电池技术发展迅速，电池的保障也越来越完善。我们在给电动汽车充电的时候，要根据自己的条件做出科学的选择。如果充电条件方便，我们可以自己选择充电，在充电条件有限的情况下再充电。
固态电池材料成分
主要由薄膜负极，薄膜正极和固态电解质组成。
薄膜物质可以有多种选择材质。薄膜负极薄膜负极材料主要分为锂金属及金属化合物，氮化物和氧化物。金属锂是最具代表性的薄膜负极材料。
其理论比容量高达3600mAh/g，金属锂非常活泼，其熔点只有180℃，非常容易与水和氧发生反应，电池制造工艺中很多温度较高的焊接方式都不能直接应用在锂金属负极电芯的生产中。
三大技术路线产业化进展
固态电池的三大体系各有优势，其中聚合物电解质属于有机电解质，氧化物与硫化物属于无机陶瓷电解质。纵览全球固态电池企业，有初创公司，也不乏国际厂商，企业之间独踞山头信仰不同的电解质体系，未出现技术流动或融合的态势。
欧美企业偏好氧化物与聚合物体系，而日韩企业则更多致力于解决硫化物体系的产业化难题，其中以丰田、三星等巨头为代表。
