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中科院俞海龍:全固態(tài)電池的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展現(xiàn)狀

2021-11-19 10:56:35·  來(lái)源:汽車俱樂(lè)部Plus  
 
2021年9月15-17日,第三屆世界新能源汽車大會(huì)(WNEVC 2021)在海南國(guó)際會(huì)展中心盛大召開(kāi),由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、海南省人民政府、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、生
2021年9月15-17日,“第三屆世界新能源汽車大會(huì)”(WNEVC 2021)在海南國(guó)際會(huì)展中心盛大召開(kāi),由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、海南省人民政府、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家能源局共同主辦。

中科院俞海龍:全固態(tài)電池的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展現(xiàn)狀

在9月17日上午舉辦的主題峰會(huì)“動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)及綠色高效產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建”上,中國(guó)科學(xué)院物理研究所高級(jí)工程師俞海龍做專題演講。他向大家介紹:

硫化物的固態(tài)電解質(zhì)、氧化物的固體電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)各自的優(yōu)缺點(diǎn),并向大家介紹了法國(guó)Bollore、日本豐田相關(guān)的動(dòng)力電池研究。他指出固態(tài)電池要從材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行原始創(chuàng)新,要有創(chuàng)新結(jié)構(gòu),做出應(yīng)用試點(diǎn),然后配套新的技術(shù)革新,將制備方法和電池融合,最后形成一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)錄:

尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo),各位專家,還有企業(yè)同仁們,我是來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所的俞海龍,今天我替代我們黃學(xué)杰研究員來(lái)做“全固態(tài)鋰二次電池的技術(shù)挑戰(zhàn)”報(bào)告。

我的報(bào)告主要會(huì)針對(duì)現(xiàn)在大家可能比較熱門的一個(gè)全固態(tài)電池它所面臨的一些問(wèn)題和一些進(jìn)步,進(jìn)行介紹。

第一個(gè)部分,從2010年到2030年,中國(guó)的鋰離子電池經(jīng)過(guò)了大概三代左右的發(fā)展,最開(kāi)始的時(shí)候能量密度只有大概100到200瓦時(shí)每公斤,在這個(gè)階段我們認(rèn)為是比較傳統(tǒng)的體系,是基于鐵鋰對(duì)石墨的一種動(dòng)力電池的方式。第二代的時(shí)候我們可以從鋰電池上面實(shí)現(xiàn)三元的材料,以及這種合金材料的引入,可以將它的理論能量密度大概提到400瓦時(shí)每公斤以內(nèi)的范圍,這個(gè)在產(chǎn)業(yè)界上會(huì)有稍微的滯后,但是這個(gè)原型是在工信部和科技部的支持下可以實(shí)現(xiàn)。到了第三代的時(shí)候就進(jìn)一步提出400瓦時(shí)每公斤以上可能性的時(shí)候,金屬鋁的引入已經(jīng)不可或缺了,無(wú)論是什么樣的材料體系,是正極材料體系還是個(gè)更高的八七三元的時(shí)候,其實(shí)已經(jīng)不可替代了,這個(gè)時(shí)候500瓦時(shí)是它的最大技術(shù),同時(shí)會(huì)帶來(lái)很大的安全問(wèn)題。

那我們?cè)趺醋龅?00以上呢?就只有一條思路—全固態(tài)電池的引入。接下來(lái)就是說(shuō)這個(gè)全固態(tài)是什么時(shí)候火起來(lái)的呢?這個(gè)電池的概念產(chǎn)生已經(jīng)超過(guò)60年了,全固態(tài)電池實(shí)際上是早先于鋰離子電池提出來(lái)的概念。近兩年我們可以看到從08、09年的時(shí)候就進(jìn)入了一個(gè)起步的時(shí)間,全球基于全固態(tài)電池的文獻(xiàn)數(shù)有一個(gè)大幅度的增長(zhǎng)。同期全球針對(duì)于全固態(tài)的專利數(shù)也大概是從08、09年的時(shí)候進(jìn)行了一個(gè)快速增長(zhǎng),到了18、19年的時(shí)候能達(dá)到每年大概500項(xiàng)左右的水平。

那接下來(lái)大家就會(huì)問(wèn),什么是一個(gè)全固態(tài)電池?只是聽(tīng)到它的一個(gè)概念,全固態(tài)電池顧名思義就是跟傳統(tǒng)的液態(tài)電池相比,它的結(jié)構(gòu)是不含有任何的液體成分,為什么我們現(xiàn)在認(rèn)為這個(gè)液態(tài)電池經(jīng)常會(huì)有一些安全的問(wèn)題呢?主要是在它發(fā)生熱失控或者發(fā)生一些極端條件的問(wèn)題,它里面所使用的電子液是低閃點(diǎn)、易燃的有機(jī)組分,這個(gè)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電池在進(jìn)一步后續(xù)可能引起一個(gè)不可逆的熱失控。

基于這個(gè)問(wèn)題,我們采用全固態(tài)的電解質(zhì),這種電解質(zhì)可能是氧化物、硫化物或者是聚合物體系,無(wú)論是哪一種體系,它本身的這個(gè)熱穩(wěn)定性是要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的這種碳酸質(zhì)的特性,這個(gè)時(shí)候它的起火爆炸問(wèn)題也得到了控制,即便是在短路情況下也會(huì)帶來(lái)相對(duì)比較安全的熱釋放效果。

固態(tài)電池里面的難點(diǎn)在于,我們將原本在電池正負(fù)極這個(gè)界面中,實(shí)現(xiàn)離子導(dǎo)通的液態(tài)電解質(zhì)環(huán)城固態(tài)的電解質(zhì)以后,它所面臨的第一個(gè)問(wèn)題就是接觸問(wèn)題。它在電極里面的占有量不會(huì)太多,就實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的導(dǎo)通,在后電極的作用下可能會(huì)面臨比較有挑戰(zhàn)的電極保液量不夠、流動(dòng)性不夠好這樣的問(wèn)題。在正極和負(fù)極里面均需要靠固體電池來(lái)傳送,而且需要通過(guò)固固界面的接觸來(lái)傳輸,這個(gè)過(guò)程中如何把它們混合到均勻的程度,同時(shí)抑制它的界面分離就變成了一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。

固態(tài)電池還有一個(gè)比較大的優(yōu)勢(shì),它可以拓寬它的材料應(yīng)用范圍,它可能是唯一的金屬鋰使用的解決方案,在長(zhǎng)循環(huán)里面金屬鋰的應(yīng)用肯定是未來(lái)突破400瓦時(shí)以上能量密度動(dòng)力電池的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。

接下來(lái)我們會(huì)強(qiáng)調(diào)一下它的這幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),第一個(gè)就是金屬鋰之間的抑制功能性,它肯定是遠(yuǎn)勝于液態(tài)的模式,不起火、不燃燒,它的安全性肯定是高于現(xiàn)在液態(tài)的鋰電。它也沒(méi)有持續(xù)的界面反應(yīng),源自它沒(méi)有溶劑在固態(tài)電池內(nèi)部,所以副產(chǎn)物不會(huì)溶解在界面里頭,所以它會(huì)有更好的穩(wěn)定性和循環(huán)特性。同時(shí)干涸和泄露的問(wèn)題都不會(huì)再存在了,高溫壽命有一個(gè)明顯的提升,甚至可能比原來(lái)的更好,因?yàn)樗臒岱€(wěn)定性更高,在離子電導(dǎo)率更高,非活物質(zhì)的降低都會(huì)有一定的提高,更重要的是可能實(shí)現(xiàn)電芯內(nèi)部的串聯(lián),可以將電池內(nèi)部的單體電池電壓從原來(lái)的3到4伏提升到三四百伏甚至1千伏,它的倍率特性是保持了,電壓特性提升了,對(duì)于做高電壓模塊化和系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)比較好,它是未來(lái)可以定制化的一種做法。

固態(tài)電池最關(guān)鍵的是什么呢?就是它的固體電解質(zhì),這個(gè)固體電解質(zhì)是作為它里面的一個(gè)能用和不能用的基本核心,感謝這20年在電解質(zhì)領(lǐng)域的一個(gè)進(jìn)步,使現(xiàn)在部分的固體電解質(zhì)它的室溫離子電導(dǎo)率已經(jīng)超過(guò)了之前有機(jī)電解液的水平,這種情況下有可能實(shí)現(xiàn)商品化或者是產(chǎn)品化。

那電解質(zhì)的分類,第一種就是硫化物的固態(tài)電解質(zhì),它里面采用的是鋰銀硫組成,包括LPS、LGPS基于規(guī)、錫等物質(zhì),這個(gè)概念就是說(shuō)在已有的固體電解質(zhì)里面是最高的社群,也是高于現(xiàn)在的液態(tài)電解液。但是這一類的硫化物固體電解質(zhì)有它的本身缺陷,就是抗氧化還原穩(wěn)定性差,也就是說(shuō)它本身電化學(xué)窗口很窄,大概只有1.5伏左右,大概是在1點(diǎn)幾伏到3伏之間一個(gè)很窄的窗口,在這個(gè)里面充的更高壓它會(huì)氧化,放到更低電位會(huì)還原,所以這是一個(gè)很大的問(wèn)題。還有一個(gè)問(wèn)題就是它有很強(qiáng)的水分敏感,我們都知道硫化物、硫化氫很臭,硫化物的固態(tài)電解質(zhì)拿到空氣中或者做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候隔壁實(shí)驗(yàn)室都會(huì)罵的,這個(gè)問(wèn)題也是很難解決的。但是日本豐田在這個(gè)方面做了十幾年,他們主要采用技術(shù)路線也都是基于硫化物固體電解質(zhì)的思維,剩下有些本質(zhì)上帶的結(jié)構(gòu)問(wèn)題也是可以通過(guò)一些后續(xù)手段進(jìn)行優(yōu)化來(lái)解決的。

第二類是氧化物的固體電解質(zhì),它也比較有特點(diǎn),以LLTO和LLZO為特點(diǎn),它也包括LIPON,它相對(duì)于其他的固體電解質(zhì)高,但是達(dá)不到硫化物的離子電導(dǎo)率高,但是它的電化學(xué)窗口的穩(wěn)定性好,顯著高于硫化物的,但是這里存在一個(gè)比較麻煩的事情就是在于它不易制備成化學(xué)電解質(zhì),它往往是采用微米或者是亞微米的電極材料,這里會(huì)碰到一個(gè)什么問(wèn)題呢?它很難壓成片,壓成片以后做不薄,做薄了以后它和正極顆粒之間存在晶格硬粒,沒(méi)有辦法一體化成形。所以我們一種是把它用燒結(jié)的方式去做,另外一種是把它跟聚合物混合,第三種是直接把它作為一種靶材,對(duì)于正極或者負(fù)極進(jìn)行一種物理法的乘積。但是目前這三種方法只有聚合物混合物的方式比較好,但是其中殘留的聚合物可能會(huì)對(duì)性能有一定影響,甚至可能丟失一部分的固態(tài)特性。

第三類是聚合物固體電解質(zhì),這一類固體電解質(zhì)也是研究時(shí)間比較長(zhǎng)的做法,它的代表體系就是PEO+LiTFSI的體系,這種體系它的優(yōu)勢(shì)很明顯,就是它有很好的界面相融性,它在80攝氏度的時(shí)候像一個(gè)軟的凝膠的形狀,所以這個(gè)時(shí)候它跟正負(fù)極界面的貼合度非常好,包括在電極內(nèi)部的時(shí)候也可以相對(duì)來(lái)說(shuō)進(jìn)行一個(gè)比較好的混合,甚至可以兼容在鋰離子電池的同步工藝,類似于黏合劑的方式加入到正負(fù)極的材料里面。但是它有一個(gè)致命的缺陷就是它的電化學(xué)窗口不耐氧化,同時(shí)它的室溫離子電導(dǎo)率非常低,它要遠(yuǎn)低于前面兩種體系。那能不能解決呢?可以,把電池加熱到80攝氏度就可以解決這個(gè)問(wèn)題,我后面會(huì)講一個(gè)成功案例,他們也是這么來(lái)做的。但是聚合物現(xiàn)在主要的做法,國(guó)內(nèi)外還是基于這種小分子鋰鹽加上聚合物的模式,這種模式你不能說(shuō)不對(duì),但是往往在高溫或者說(shuō)特殊環(huán)境的時(shí)候體現(xiàn)的這種特性更加接近于電解液,所以他作為一種全固態(tài)的電池并沒(méi)有在安全反應(yīng)上有一個(gè)飛躍式的進(jìn)步,更接近于固態(tài)電解質(zhì)。

那我們有了電解質(zhì)材料以后,我們固態(tài)電池之間就需要來(lái)解決固體電解質(zhì)層的制備,在固態(tài)電池中大家希望它具有很高的能量密度,這個(gè)時(shí)候一定要把它的電解質(zhì)厚度降低,降低到現(xiàn)在的隔膜水平才能具有更好的優(yōu)勢(shì)。目前可以采用一個(gè)物理乘積的方法,它可以最薄做到300厘米以下,你把它的厚度降低的時(shí)候它的擴(kuò)散距離一下子就縮短幾十、幾百倍,這樣把它的電導(dǎo)率不足的問(wèn)題一下子就彌補(bǔ)回來(lái)了,可以達(dá)到相同的效果。同樣硫化物的固體電解質(zhì)可以采用無(wú)機(jī)的方法進(jìn)行制備,也可以做到10微米以下的厚度,可以媲美現(xiàn)在動(dòng)力電池的隔膜材料。

之后我們有了電解質(zhì)層我們就開(kāi)始考慮,那電解質(zhì)層能不能有一個(gè)比較好的電化學(xué)穩(wěn)定窗口里適應(yīng)正負(fù)極兩種可能高壓正極的需求,但是沒(méi)有可以覆蓋的,那我們就要做別的考量來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)考量就是能不能做到一個(gè)合適的體系來(lái)適配電解質(zhì),這是美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一直在做的,LiPon玻璃為電解質(zhì)的薄膜鋰電池,他們制備的電池是在10微安每平方厘米的電流密度下可以循環(huán)工作超過(guò)40000次,IPS固體電池單元通過(guò)濺鍍層疊加了6個(gè)電極,厚度只有0.17mm,如果對(duì)它進(jìn)行快速放電的話可以達(dá)到70C的高倍率放電,也可以達(dá)到1%以下的循環(huán),這個(gè)時(shí)候就用了密度比較低的體系,搭配超薄的LiPon的方式,就是不改變已有的電解質(zhì)方法,來(lái)改變材料體系的選擇和制備方式是可以實(shí)現(xiàn)的。而且它也展現(xiàn)出了固態(tài)電池性能上的優(yōu)勢(shì),包括它可以在零下40到85度的工況情況下來(lái)使用。

接下來(lái)就是一個(gè)現(xiàn)在全球唯一真正意義上大規(guī)模應(yīng)用的全固態(tài)電池,是以法國(guó)的這個(gè)Bollore的鋰聚合物電池來(lái)進(jìn)行的,他們做了大概三四千輛車,作為共享汽車的方式在巴黎進(jìn)行運(yùn)行,這個(gè)車到現(xiàn)在應(yīng)該跑了將近8年了,8年前的一個(gè)水平他們把磷酸鐵鋰對(duì)金屬鋰的體系做到每80瓦時(shí)每公斤以上,對(duì)當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)比較好的數(shù)據(jù)了。后來(lái)他們補(bǔ)充做的電芯可以做到250瓦時(shí)每公斤。這個(gè)電池比較有意思的是,它必須要在80攝氏度的條件下工作,所以它的系統(tǒng)比能量很低。但是讓我們做固態(tài)電池的人比較振奮的一件事情,就是它使用了金屬鋰負(fù)極,而且鋰負(fù)極還經(jīng)歷了5年,差不多3千多次以上的循環(huán),0事故率,這個(gè)事情是比較震撼的。這種相關(guān)的技術(shù)如果說(shuō)可以應(yīng)用在咱們未來(lái)的這種高鎳三元上面的可以達(dá)到300瓦時(shí)每公斤甚至400瓦時(shí)每公斤的效率,但是因?yàn)樗倪@個(gè)本身不耐高壓,所以就沒(méi)有用,但是他們巧妙選擇了一種體系驗(yàn)證,證明了他們對(duì)于負(fù)極的這種穩(wěn)定性。

接下來(lái)這個(gè)就是日本豐田,基于硫化物具體電解質(zhì)的研究有20多年,在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中一直是公認(rèn)的在硫化物固體電池方面國(guó)際上做得最好的。但是它把這個(gè)固態(tài)電池的公布日期、產(chǎn)業(yè)化日期一拖再拖,拖到現(xiàn)在也七八年了,在最近它發(fā)出來(lái)消息的時(shí)候,2020年8月份他們已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行裝車的試行,具體的技術(shù)路線眾說(shuō)紛紜,反正現(xiàn)在從透露出來(lái)的消息,我們認(rèn)為可能應(yīng)該是基于一種高鎳三元搭配石墨的體系,然后它中間采用的是硫化物做了一些修飾,致密化的一個(gè)方案,而且他們傾向于做軟包電池。

咱們之前說(shuō)了很多的成功案例,那固態(tài)電池在實(shí)際應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化之間還有很多技術(shù)上的問(wèn)題,第一個(gè)不論是哪一家做,什么技術(shù)路線,什么固態(tài)電解質(zhì),什么材料體系都不可避免的,要面臨的第一個(gè)問(wèn)題就是電極與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面反應(yīng)。這個(gè)界面反應(yīng)是有化學(xué)的組分,也有電化學(xué)的組分,其中帶來(lái)的最大問(wèn)題就是會(huì)形成一個(gè)界面的高阻層,它沒(méi)有足夠的離子電導(dǎo)率,會(huì)使正極的鋰離子出不去,負(fù)極的進(jìn)不來(lái),在固態(tài)電池中,這個(gè)界面層的形成會(huì)使動(dòng)力學(xué)性能發(fā)生一個(gè)持續(xù)的下降。

第二個(gè)部分,我們想做高能量密度的單體電池,那么你就要選擇一些比液態(tài)里面的能量密度跟高的,比如說(shuō)一些轉(zhuǎn)化反應(yīng),一些鋰硫,即便你不選擇這些,在固態(tài)里頭所有電極材料的顆粒與電解質(zhì)之間的連接都是統(tǒng)一固體和固體的界面,在這種情況包括鈷酸鋰這樣的材料,都足以發(fā)生界面分離,在一個(gè)大安時(shí)數(shù)的時(shí)候,可能金屬鋰的厚度已經(jīng)達(dá)到幾個(gè)甚至幾十個(gè)微米,一個(gè)疊層是幾個(gè)微米,50個(gè)疊層這個(gè)厚度就很高了,會(huì)對(duì)電芯設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的影響。

第三個(gè)就是電極和固體電解質(zhì)界面因體積變化接觸失效,包括正負(fù)極的電解質(zhì),這種效應(yīng)會(huì)破壞電解質(zhì)的超薄隔層,大家就不要對(duì)它可以形成一個(gè)結(jié)構(gòu)支撐或者是很剛性的幻想,這種接觸特性的改變肯定會(huì)造成電池的失效。

第四個(gè)問(wèn)題就是金屬鋰負(fù)極面臨更多的挑戰(zhàn),這里特別是包括一些不耐還原的電解質(zhì)應(yīng)用,比如說(shuō)一些氧化物可能跟金屬鋰之間的反應(yīng)性比較強(qiáng),在這個(gè)過(guò)程中它依舊會(huì)形成很快的基因生長(zhǎng),那電解質(zhì)怎么應(yīng)用?界面怎么處理?沉積怎么改善?肯定還是現(xiàn)在都必須要考慮的問(wèn)題。

我們現(xiàn)在提出了一些可能性的解決思路和方法,對(duì)于電極的這個(gè)方面的構(gòu)筑和穩(wěn)定性的提升在全固態(tài)里面必須要使用一種導(dǎo)電劑,它必須要保持電池內(nèi)良好的電池電導(dǎo),同時(shí)它的活性物質(zhì)的形態(tài)應(yīng)該不會(huì)像以前那樣我們追求在液態(tài)里面像我們做單晶可能把顆粒做得更大,因?yàn)樗牟牧蟿?dòng)力學(xué)性能好,我做到幾個(gè)V、十幾個(gè)V,恨不得做到幾十個(gè)V,這個(gè)過(guò)程中我們要把它降。外部的施加壓力還是給一個(gè)持續(xù)的壓力維持,這個(gè)過(guò)程中可能是要進(jìn)行思考的,你要進(jìn)行它的正負(fù)極效應(yīng)還是要進(jìn)行一定程度的限制,軟包電池還能不能用,是不是需要有什么別的辦法,在界面上,我們知道比如說(shuō)像界面修飾必不可少做到,同樣的界面抗還原和抗氧化方面很多程度,還是需要靠一些界面工程來(lái)實(shí)現(xiàn),電極和電解質(zhì)之間的涂保護(hù)層到底是什么、怎么涂、涂多厚,肯定是接下來(lái)要解決的核心問(wèn)題。

金屬鋰這個(gè)方面有三點(diǎn),突出表面肯定是要構(gòu)筑的,盡可能增加電解質(zhì)與金屬鋰之間的一個(gè)接觸界面,來(lái)降低它的一個(gè)乘積引起的包括機(jī)械性的失效什么的。同時(shí)界面構(gòu)筑的時(shí)候,必須以獲得均一的沉積形貌來(lái)導(dǎo)向,否則不均勻的特性一定會(huì)在某些區(qū)域進(jìn)行一定的積累,現(xiàn)在對(duì)抗鋰負(fù)極體積形變的方式可能是與碳質(zhì)材料或者是合金材料的混合形成復(fù)合負(fù)極,這是一個(gè)主要的方法。

在固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)和制造方面,到今天的時(shí)候說(shuō)實(shí)話沒(méi)有跳出原來(lái)的液態(tài)電池思維。主要分為三類,包括現(xiàn)在大家看到的已知行業(yè)報(bào)道基本上都是這三類:第一種就是類似于原鋰電池的方式,分別將正負(fù)極和電解質(zhì)壓制成一定的塊體,把它通過(guò)一個(gè)比較大的外壓力壓成一個(gè)致密的固態(tài)電池,這是最傳統(tǒng)的。第二種是采用接近一點(diǎn)工業(yè)化,它會(huì)把正極涂出來(lái),然后把電解質(zhì)附著在正極上面直接再刮涂,以正極作為一個(gè)支撐體來(lái)做正極支撐的電解質(zhì)。第三種就是轉(zhuǎn)移膜的思維,全部轉(zhuǎn)移,ABC正負(fù)極的電解質(zhì)分別單獨(dú)做,做完了以后進(jìn)行轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移的難度也很大,因?yàn)槟闼媾R的每個(gè)層可能都是微米級(jí)的精度。

然后就是這個(gè)鋰負(fù)極,我們固態(tài)電池不用金屬鋰負(fù)極可能就有點(diǎn)白做了,鋰負(fù)極怎么來(lái)做?實(shí)際上這4類方法是根據(jù)我們需要的厚度來(lái)進(jìn)行分類的,第一個(gè)可能是針對(duì)幾十個(gè)微米厚的,做的肯定還是螺桿泵的擠壓式,做超薄鋰薄的思路。第二種當(dāng)我們需要的厚度小于10微米的時(shí)候可能用擠壓熔融的方法,將涂布與金屬鋰的熔融相結(jié)合,當(dāng)需要的厚度再小于3或者5微米的時(shí)候,可能就需要采用蒸鍍的方法構(gòu)建更薄的鍍層,如果需要的厚度甚至要達(dá)到納米,都不要鋰,我只要利用鋼鐵三元,利用它的容量來(lái)直接進(jìn)行固態(tài)電池構(gòu)筑的話,直接可以做成一個(gè)無(wú)負(fù)極,這就是其中的一個(gè)方法。

對(duì)于固體電解質(zhì)的沉積方式就很多了,包括ALD、擠壓、PLD等方式,但是最后來(lái)做的話各自有優(yōu)缺點(diǎn)。將來(lái)可能會(huì)顛覆與現(xiàn)在鋰離子電池的組裝方法,所需求的電解質(zhì)薄度已經(jīng)突破了一般現(xiàn)在商用的方式,而且對(duì)于轉(zhuǎn)移的要求也比較高,所以可能未來(lái)的發(fā)展方向更加接近于這種半導(dǎo)體的模式。同樣電極結(jié)構(gòu)不見(jiàn)得局限于這種二維平板的方式,將來(lái)的固態(tài)電池肯定是使用三維模式來(lái)做,具體是什么結(jié)構(gòu)現(xiàn)在還不敢說(shuō),在這個(gè)里面三維比二維的優(yōu)勢(shì),在于它有更高的負(fù)載量。同時(shí)它的活性位點(diǎn)反應(yīng)的界面會(huì)更多,更重要的是它的面積大帶來(lái)的是正負(fù)極之間的短的特性距離,對(duì)于它的動(dòng)態(tài)提升非常有幫助,再將它的串聯(lián)結(jié)構(gòu)打通,將來(lái)會(huì)是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的一種方式。

同樣這個(gè)固態(tài)電池它要求在應(yīng)用上面還是要解決很多的問(wèn)題,這個(gè)就是董老師說(shuō)的,動(dòng)態(tài)電池好久沒(méi)有看到有進(jìn)步,老是出不來(lái),就是在這兒出不來(lái)了,因?yàn)樗锩嬗泻芏嗌婕暗礁鱾€(gè)行業(yè)和裝備配套的建設(shè),固態(tài)電池?zé)o法馬上產(chǎn)業(yè)化,它的裝備和玩法已經(jīng)發(fā)生了一些變革了。這個(gè)里面包括它的體系能量密度怎么來(lái)實(shí)現(xiàn),它依賴致密疊層,可能這個(gè)平板加工精度小于1個(gè)微米,你可能負(fù)載一個(gè)微米厚的薄膜轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)上面去,所以用傳統(tǒng)的無(wú)法實(shí)現(xiàn)。所以怎么做這件事情還需要一定時(shí)間。

固態(tài)電池肯定是逃不出這三點(diǎn),一是從材料結(jié)構(gòu)的原始創(chuàng)新,我們要找到它的新材料和新機(jī)制。在原理完成了之后我們就要有新結(jié)構(gòu),它的這種形態(tài)+應(yīng)用方式的革命首先應(yīng)做出應(yīng)用試點(diǎn),然后配套新的技術(shù)革新,要改變它的制備方法和電池融合各個(gè)行業(yè)的一些東西進(jìn)來(lái)。最后形成一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。在這里面真正這樣的全固態(tài)電池做出來(lái)就是一種能源材料和電池方面的革命。

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