CIBF2024CIBF2024ConfereaceontheFrontierTchnologyofAdvancedBatteries李久銘楊琪李文俊禹習(xí)謙徐航宇俞會(huì)根李泓陳立泉中國(guó)科學(xué)院物理研究所北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技股份有限公司先進(jìn)電池前沿技術(shù)研討△先進(jìn)電池前沿技術(shù)研討△2024年04月28日www.welion.tech期③描金能王鋰二次電池按電解質(zhì)分類鋰二次電池液態(tài)電解質(zhì)鋰二次電池鋰電池鋰離子電池正極含鋰負(fù)極不含鋰不含有固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池正極含鋰負(fù)極不含鋰有機(jī)電解質(zhì)電池金屬鋰電池正極可不含鋰金屬鋰電池正極可不含鋰負(fù)極為金屬鋰凝膠電解質(zhì)電池全固態(tài)電解質(zhì)全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池固態(tài)鋰電池混合固液電解質(zhì)固態(tài)鋰電池只只含有固態(tài)電解質(zhì)不含有液態(tài)電解質(zhì)含有固態(tài)電解質(zhì)含有液態(tài)電解質(zhì)氧化物全固態(tài)鋰電池氧化物全固態(tài)鋰電池硫化物全固態(tài)鋰電池聚合物全固態(tài)鋰電池復(fù)合電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池!半固態(tài)電池準(zhǔn)固態(tài)電池固態(tài)電池高鹽濃度電解質(zhì)電池圖腦會(huì)站王液態(tài)電解質(zhì)-混合固液態(tài)-全固態(tài)電池技術(shù)路線神行超充電池刀片電池豐田23年7月宣布2027年量產(chǎn)全固態(tài)電池，11月宣布推遲到2030年豐田23年7月宣布2027年量產(chǎn)全固態(tài)電池，11月宣布推遲到2030年>混合固液態(tài)電池岡開始商業(yè)化；>全固態(tài)電池技術(shù)尚不成熟；從技術(shù)革命、產(chǎn)業(yè)升商業(yè)化的角度，如何；哪些是液態(tài)鋰離子電池真做不到的?混合固液態(tài)和全固態(tài)有哪些優(yōu)勢(shì)?消費(fèi)電子類電池(能量型+快充型)液態(tài)鋰離子電池全固態(tài)鋰離子電池液態(tài)鋰離子電池全固態(tài)鋰離子電池 高良率 過針刺，130℃熱箱，擠壓，跌落，過充動(dòng)力電池(能量型+快充型)△V<6%(有模組)△V<6%(有模組)△V<3%△V<3%(有模組)44W衛(wèi)藍(lán)新能匯d2.不易析氧(表面SE鈍化)6.不易漏液7.不易脹氣3.電芯能量密度高4.允許更高充放電倍率10.干法電極+預(yù)鋰化15.降低電池成本E全壽命周期工況下持續(xù)穩(wěn)定的界面接觸是固態(tài)電池的核心充電(膨脹)放電(收縮)充電(膨脹)放電(收縮)“我不認(rèn)為你能獲得長(zhǎng)壽命的固態(tài)電池”Nature526,S93-S952019年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，J.B.Goodenough圖固態(tài)鋰電池需要解決的關(guān)鍵問題及綜合解決方案原位固態(tài)化原位固體電解質(zhì)層(SEI/CEI)生長(zhǎng)讓人類享受綠色能源讓人類享受綠色能源田中國(guó)科學(xué)院物理研究所電池研發(fā)歷程創(chuàng)材料7619801984199119931995200120022004200520062008黃學(xué)杰負(fù)責(zé)技術(shù)孵化二向，推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究成果實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化物理所固態(tài)電池基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化歷程(1976-2024)年1994年2013年2016年2017年2020年2021年2022年固態(tài)電池基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化歷程固態(tài)電池基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化歷程一塊金屬2016年能源科技有限公司成立2018年2019年2019年北京衛(wèi)藍(lán)無人機(jī)電池開始銷售基地奠基開工動(dòng)力電池過針刺溧陽產(chǎn)線建成投產(chǎn)天目先導(dǎo)固態(tài)陶瓷涂覆膜量產(chǎn)首次發(fā)布原位固化混合固液全球首套態(tài)電池儲(chǔ)以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向的固態(tài)鋰離子電池研究：全固態(tài)-液態(tài)-混合固液-全固態(tài)通過SEI膜添加劑，可以大量形成SEI膜圖科學(xué)基礎(chǔ)：結(jié)合原位SEI膜反應(yīng)+納米固體電解質(zhì)涂層隔膜W衛(wèi)藍(lán)新能Z40-60-CyclenumberCyclenumberCycleNumber長(zhǎng)固態(tài)電解質(zhì)顆粒涂層隔膜配合原位生長(zhǎng)的固態(tài)電解質(zhì)形成連續(xù)離子傳輸界面，有效降低原位固態(tài)化技術(shù)原理示意圖原始創(chuàng)新深度思考兼收并解決固-固接觸難題中科院物理所團(tuán)隊(duì)于2016年率先提出原位固態(tài)化原創(chuàng)解決思路圖班衛(wèi)藍(lán)新能“原位固態(tài)化”綜合解決方案1.預(yù)鋰化+SE+SEI+原位固態(tài)化SE+CEI++原位固態(tài)化LMO,LFP,LFMP,其它支持混合固液態(tài)和全固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)涂層固態(tài)電解質(zhì)涂層固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合正極復(fù)合鋁箔4.多功能涂層亥心思路：通過熱引發(fā)、光引發(fā)、電化學(xué)等反應(yīng)將液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)換為固體電解質(zhì)鍵目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)與電極材料顆粒表面的原子級(jí)持續(xù)接觸、鈍化正負(fù)極表面原位固態(tài)化技術(shù)開發(fā)歷程2016.04.07首件核心專利申請(qǐng)2016.04.07首件核心專利申請(qǐng)保護(hù)原位固化與固體電解質(zhì)膜2016.06.01首篇論文公開原位固化對(duì)電池性能改善明顯-10Dr“一種鋰電池固體“Z/nWuJY,LiH,ChenLQ,etal.Chin.Phys.B,2016,25:0782042017-2020基于原位固化技術(shù)2017-2020基于原位固化技術(shù)率先開發(fā)出多款固態(tài)電芯軟包電池容量在2.5-75Ah,比能量在200-600Wh/kg2020.07基于原位固化的2020.07基于原位固化的混合固液無人機(jī)電池量產(chǎn)WELION2016.06.20首次國(guó)際會(huì)議公開2016.06.20首次國(guó)際會(huì)議公開10Ah原位固化電芯亮相LithiunBatteriesTT!55(tu2022.11.223602022.11.22360Wh/kg原位固化動(dòng)力電池在衛(wèi)藍(lán)湖州基地下線原位固態(tài)化技術(shù)部分效果◆一原位固化3T2樣本過渡金屬溶出情況樣品信息原位固化1原位固化2原位固化3原位固化平均值空白1空白2空白3空白平均值一—原位固化一◆空白010℃/min升溫溫度，℃H1-2T1溫度從87.23℃增加至93.11℃,T2溫度從160.2℃增加至172.5℃6超薄固態(tài)電解質(zhì)包覆高容量正極材料改善循環(huán)、安全性能TMax.1℃注：應(yīng)用時(shí)，高鎳材料存在析氧以及與電解液副反應(yīng)多的難題。包覆技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)均勻和連續(xù)的涂層(<20nm)。通過固態(tài)電解質(zhì)包覆，可以保證正極材料在固液混合體系中的循環(huán)穩(wěn)定性，提高安全性解決問題：提高層狀氧化物正極電化學(xué)穩(wěn)定性和安全性rS掃描全能王衛(wèi)藍(lán)新能高容量納米硅碳負(fù)極材料界首篇硅碳文章硅的循環(huán)失效機(jī)28年高容量納米硅碳負(fù)極材料持續(xù)研發(fā)28年高容量納米硅碳負(fù)極材料持續(xù)研發(fā)(1996-2024)界首件首次提出首次提出首次提出配套各種復(fù)合2017年創(chuàng)辦了銷售額突破2·硅碳專利“元宵”結(jié)構(gòu)“核殼”結(jié)構(gòu)硅納米“絨毛”結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑技術(shù)硅碳負(fù)極材料溧陽天目先導(dǎo)公司成立多個(gè)子公礎(chǔ)科學(xué)研究：礎(chǔ)科學(xué)研究：尺寸效應(yīng)、結(jié)構(gòu)演化、應(yīng)力變化、界面反應(yīng)、包覆效應(yīng)、失效機(jī)理天米言綠備臺(tái)原始創(chuàng)新演度思考菲收并耦合界面原位固態(tài)化的固態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜統(tǒng)陶瓷涂層隔膜(當(dāng)前商業(yè)產(chǎn)品)態(tài)電解質(zhì)涂層隔膜(2015年提出)能層降低界面阻抗、提升穩(wěn)定性衛(wèi)藍(lán)新能北京衛(wèi)藍(lán)新能源固態(tài)電池量產(chǎn)基地建設(shè)溧陽基地小動(dòng)力電池生產(chǎn)線占地面積：20,000m2湖州基地汽車動(dòng)力電池生產(chǎn)線規(guī)劃產(chǎn)能：2GWh+20GWh淄博基地儲(chǔ)能電池生產(chǎn)線北京基地(總部)研發(fā)+動(dòng)力電池生產(chǎn)線占地面積：160,000m2溧陽溧陽湖州湖州淄博淄博北京P1-4GWhR.T.C,CS掃描全能王…1H1U2衛(wèi)藍(lán)-蔚來…1H1U2衛(wèi)藍(lán)-蔚來O三元序號(hào)項(xiàng)目360Wh/kg液態(tài)電芯360Wh/kg固態(tài)電芯熱箱過充(1C直充)擠壓短路無起火、無爆炸無起火、無爆炸貫通針刺起火、爆炸概率通過階梯淺刺起火、爆炸通過400總投資9.5億元20億元人員規(guī)?？偼顿Y9.5億元20億元人員規(guī)模400+人利稅3.08億元200未來10年銷售132億元本質(zhì)安全混合固液態(tài)儲(chǔ)能鋰離子電池質(zhì)安全固態(tài)儲(chǔ)能電池獲全國(guó)第一屆先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽技術(shù)創(chuàng)新噴煙逐漸劇烈國(guó)標(biāo)GB/T平均電芯電芯通過GB/T36276-2018和衛(wèi)藍(lán)新能源本質(zhì)安全電池標(biāo)準(zhǔn)(企標(biāo))為儲(chǔ)能系統(tǒng)提供有效的安全保障，助力我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)模化安全發(fā)展2022年全球首套混合固液態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)蒙古烏蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)·交付時(shí)間：2022年7月山東濟(jì)寧共享儲(chǔ)能電站·交付時(shí)間：2022年9月發(fā)改委能源局首臺(tái)套項(xiàng)目，獲中國(guó)能源研究會(huì)技術(shù)創(chuàng)新一等獎(jiǎng)原位固態(tài)化進(jìn)一步發(fā)展：全固態(tài)電池樣品NH中NH中80-60-40-20-00.3C/0.3C4.4-4.23.4-S2.8-0.3C/0.3C2.6->NCM正極/氧化物電解質(zhì)層/復(fù)合金屬鋰負(fù)極；通過原位固態(tài)化，發(fā)展基于氧化物與聚合物體系的全固態(tài)電池CS掃描全能王超薄金屬鋰箔注：實(shí)現(xiàn)可控、高精度的負(fù)極預(yù)鋰化，超薄金屬鋰的制備是關(guān)健自主研發(fā)異步壓延制備連續(xù)卷對(duì)卷可實(shí)現(xiàn)厚度≤5μm處于國(guó)際領(lǐng)先水平U0202200002200022G00022900023200233000z3ao0241.000246.000247.00DC電池體系-超薄金屬鋰負(fù)極000>開發(fā)超薄金屬鋰負(fù)極全固態(tài)電池，穩(wěn)定循環(huán)>1000周(保持率100%),該體系導(dǎo)入全固態(tài)軟包電池，理論能量密度可超過400Wh/kg固態(tài)電池允許正極、負(fù)極、電解質(zhì)層采用不同的電解質(zhì)Al集流體Al集流體多層阻擋氧析出與反應(yīng)高容量正極多層復(fù)合隔膜1.晶格摻雜2.晶界摻雜3.固態(tài)電解質(zhì)包覆5.4.原位CEI原位固態(tài)化6.固態(tài)電解質(zhì)填充物抑制/阻隔氧氣、鋰枝●固態(tài)電解質(zhì)摻混●固態(tài)電解質(zhì)涂層●凝膠涂層⑤掃描全王中科固能(吳凡創(chuàng)辦)產(chǎn)品：硫化物固態(tài)電解質(zhì)多種結(jié)構(gòu)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)以及批量制備和細(xì)化方案，包括Argyrodite系列、LSPS系列、LPS系列、LSS系列?；谝陨喜煌Y(jié)構(gòu)開發(fā)i用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的硫化物電解質(zhì)，如高超高離子電導(dǎo)率體系、低電子電導(dǎo)率體系、不同粒徑尺寸體系、以及高穩(wěn)定性體系。電解質(zhì)系列結(jié)構(gòu)讓人尖學(xué)受求色前能原創(chuàng)新粘彈性無機(jī)電解質(zhì)(胡勇勝等)Temperature(℃)-1.0-1.0-2.5-4.0-7.5一LiAlCl?-67%O號(hào)Temperature(℃)).30).302.53.03.54.04.54.4|4.4|99.4%,98.9%99.4%,98.9%).05-3.0-3.0-S.Hu,etal.NatureEnergy2023,DOI:10.才料關(guān)鍵材料和零部件電池單體模組和系統(tǒng)集成電池應(yīng)用梯次利用與回1.數(shù)字化與智能化：多尺度從頭計(jì)算、模擬仿真、AI、大數(shù)據(jù)分析、LIMS、MES;數(shù)據(jù)庫；2.測(cè)試與失效分析：原子尺度到宏觀尺度；飛秒到長(zhǎng)時(shí)間；有損和無損；離線、在線與工況；3.安全與智能防護(hù)：生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、服役、回收全流程的安全防護(hù)與智能預(yù)警；4.碳排放與可持續(xù)：全產(chǎn)業(yè)鏈的高生產(chǎn)效率、低能耗、綠色環(huán)保、無顯著資源依賴，碳足跡計(jì)算；5.標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化：全產(chǎn)業(yè)鏈的材料、零部件、裝備、產(chǎn)品、回收、測(cè)試等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。理創(chuàng)新原型器件小試驗(yàn)證中試放大規(guī)模量產(chǎn)商業(yè)應(yīng)戊熟度TRL1TRL3TRL5TRL7技術(shù)成熟度TIFT計(jì)算高通量方法1分析斤材料面科學(xué)問題司態(tài)離子學(xué)混合固液LIB超薄負(fù)極原位固態(tài)化>硫化物ASSB>氧化物ASSB>鈉離子ASSB材料制備方法電芯材料體系電芯電化學(xué)>電芯界面問題電芯力學(xué)問題材料放大工藝>材料綜合物性電芯制造工藝>電芯制造裝備>電芯規(guī)格參數(shù)>電芯失效機(jī)理材料體系標(biāo)準(zhǔn)電芯制造標(biāo)準(zhǔn)?模組系統(tǒng)集成>規(guī)模量產(chǎn)良率產(chǎn)品成本控制系統(tǒng)失效機(jī)理3C電動(dòng)力儲(chǔ)能特種醫(yī)療航天中國(guó)科學(xué)院物理研究所懷柔平臺(tái)、TIES、長(zhǎng)三角、松山湖重點(diǎn)布局氧化物和聚合物復(fù)合固態(tài)電池兼顧硫化物全固態(tài)電池國(guó)先進(jìn)固態(tài)電池技術(shù)北京市工程研究中心清潔能源前沿研究中心無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)、高容量正極材料高容量負(fù)極材料技術(shù)、混合固液電解全固態(tài)鋰離子電池和鈉離子電池的設(shè)計(jì)、開制、測(cè)試分析、失效機(jī)制分析和安全則研究天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司W(wǎng)h/kg以上的比容量大于1500mAh/g的負(fù)極材料；開發(fā)新型納米固態(tài)電解質(zhì)粉體材及固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜的開發(fā)衛(wèi)藍(lán)新能開發(fā)混合固液和全固態(tài)鋰離子電池單體、模組和系統(tǒng)，突破工程制造技術(shù)，量密度高于350Wh/kg,滿足電動(dòng)汽車與規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。北京固芯能源科技有限公司面向極端環(huán)境、特殊應(yīng)用場(chǎng)景的高比能/超高比能電池技術(shù)研究、開發(fā)、評(píng)價(jià)與試制，建設(shè)≥400Wh/kg以上高比能量固態(tài)電池單體試制能力和測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)。針對(duì)長(zhǎng)續(xù)航電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)船舶、軌道交通、規(guī)模儲(chǔ)能、特種電源對(duì)高安全電池的戰(zhàn)略需求，布局固態(tài)鋰離子電池和鈉離子電池技術(shù)體系，推動(dòng)電池技術(shù)的原始創(chuàng)新衛(wèi)藍(lán)新能突破的全固態(tài)電池關(guān)鍵材料、工藝及裝備態(tài)電池前段干法電極裝備和工藝全固態(tài)電池及應(yīng)用集成技術(shù)2027年之前全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)(單線產(chǎn)能>2GWh) 建立固態(tài)電池標(biāo)準(zhǔn)化體系，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)是世界“通用語言”,伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化在經(jīng)貿(mào)往來、支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促進(jìn)科技進(jìn)步、規(guī)范社會(huì)治理中的作用凸顯。世界需要標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)世界互聯(lián)互通。標(biāo)準(zhǔn)助推創(chuàng)新發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)時(shí)代進(jìn)步。材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)共享平臺(tái)>第三方屬性材料與試驗(yàn)表征平臺(tái)第三方屬性材料與試驗(yàn)評(píng)價(jià)平臺(tái)乍，中國(guó)工程院經(jīng)過系列究，結(jié)合國(guó)家深化標(biāo)準(zhǔn)改革方案，由21位院士出了建設(shè)三大平臺(tái)的建工程院院士建議中工PL院院1:建議 人于BQn2貝Bann-m11h11t1143·11118t1112017年6月，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委、工信部、范區(qū)管委會(huì)等部門“中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)”。電池及相關(guān)材料領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀與需求：準(zhǔn)化工作。近一年來，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議先后審核通過《裝備制準(zhǔn)化和質(zhì)量提升規(guī)劃》《消費(fèi)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量提神規(guī)劃(2016-202國(guó)辦先后印發(fā)《強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)整合精簡(jiǎn)工作方案》,《關(guān)于建立綠色產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證、標(biāo)識(shí)體系的意見》。2016年底國(guó)務(wù)院成立國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組，在印發(fā)的新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組2017年度工作計(jì)劃》中，明確要求開料標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)。計(jì)劃實(shí)施周期為三年，主要目標(biāo)初定為，到完成制定600項(xiàng)以上新材料標(biāo)準(zhǔn)，其中重點(diǎn)落實(shí)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2023年申請(qǐng)成立了：固態(tài)電池產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(CSTM/FC59/TC02)、固態(tài)電池研發(fā)過程標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(CSTM/FC98/TC08)名譽(yù)主任委員：主任委員：成立批文O10016O10016t107U-3夏1I1-2】隊(duì)IUL1.8U隊(duì)