南科大许晓雄：全固态电池的竞争仍是材料的竞争

（原标题：南科大许晓雄：全固态电池的竞争仍是材料的竞争）

2月上旬，由中国全固态电池产学研协同创新平台主办的第三届中国全固态电池创新发展高峰论坛高层论坛正式召开。本届论坛汇聚政产学研各界400余人，涵盖9位院士、8家行业组织代表、专家学者及电池、材料、整车、装备等企业骨干，聚焦行业共性关键问题，为我国全固态电池突破技术瓶颈，实现高质量跃升，提供系统性支撑。

在本届论坛，以“关键材料与电芯创新”为主题的专业论坛上，南方科技大学先进电池乌镇研究院执行院长、创新创业学院固态电池材料及器件研究中心主任许晓雄发表了演讲。他在演讲中表态，锂离子电池未来的发展，还是会从混合固液态电池，逐步过渡到全固态电池的发展路径。

展望未来，许晓雄判断，随着能量密度的提升，未来高能量密度的电池不光是在电动汽车有应用，更重要的是一些新兴领域的应用，比如无人机、飞行器、人形机器人等等。在他看来，人工智能装备对高比能电池有刚需。所以，对能量密度的追求，未来仍然是电池行业的核心诉求。

许晓雄还在演讲中给出了未来全固态电池发展的三大判断：

我们最近梳理了一下不同的电池路线，包括一些固态、半固态的技术路线。时间关系，我就不细说了。

高性能锂离子电池，如果只谈技术方面，现在很多发表出来的论文显示，大家已经把性能做得非常好了。很多都做到了600Wh/kg，甚至超过600Wh/kg。

但是如果以技术产品化为目标来发展的话，我认为还是会走到从混合固液态电池，然后到逐步到全固态电池的发展路径。

我还是坚持认为，“一代电池材料决定一代电池技术”。随着能量密度的提升，未来高能量密度的电池可能不光是在电动汽车里面有应用，还有一些新的应用领域，尤其是像无人机、飞行器、人形机器人等等。

人工智能装备这一块，其实对高比能电池都是有刚需的。所以，对能量密度的追求，仍然是电池行业还一直以来的主流核心诉求。追求高能量密度，现在核心的做法，无非是一些材料的堆积和整个的集成。

但是，现在产品化阶段，大家重点推的还是400Wh/kg到500Wh/kg的。更高能量密度电池，现在大家也在做少量的示范应用。但是对不同的指标的话，大家在材料体系上还是有一些差别化的选择和匹配。

我们认为，可以通过混合固液，以及全固态这样一个策略，来平衡电池的能量密度和安全。

固态电池，现在也已经开始有一些标准的制定出来，也对定义进行了修正。国标应该在今年或者明年也会发布出来。这样，我们应该是在世界范围内处在一个这样比较领先的状态。

现在定义为统一为混合固液电解质锂电池，在成本上现在已经发展到接近液态的三元锂电池的水平，在市场也就是价格可以被接受的状态，具备一定的产业化基础。

所以基于这我在前期在企业工作的时候，就开发了一款以三元为正极，以碳为负极，这个实际上是跟液态三元的正负极是都比较接近的。采用了这些包括微纳结构、固体电解质涂覆的高强度膜、纳米尺度电解质多层复合的正极，再结合一些集流体的技术，开发出的这一款产品，现在已经实现量产。

现在，我们中心里面有一些年轻的老师做了一些延续性工作，我觉得也是比较有意义。

一个就是我们做的这样一个包覆电解质之后的材料，然后再把它做成涂覆的PE隔膜。比方说我们设计成了一种非对称的三明治结构的功能隔膜，比方说将LLZTO在隔膜的一面涂覆，将LATP涂在另一面。它确实能够在包括碳负极、硅负极以及锂金属负极里面都有一定的应用前景，而且确确实实提高了电池的低温性能以及倍率性能。

再一个就是，面向比方说三元正极/硅负极的350Wh/kg混合固液态锂电池。现在咱们国内头部的两家，蔚来和智己汽车也开始走向了这样一个产品应用的阶段。然后。围绕这样一个技术，我们学校也做了一些工作，我觉得这些工作还是有一些参考价值，一个是基于硅负极的设计，通过这样高导电网络的构筑，能够提升高负载下硅负极的容量。

第二个就是粘接剂。我们开发的自修复的粘接剂，可以显著地改善硅负极的循环性能。这方面技术已经开始在推向中试产业化。

还有就是基于硅负极的原位固化技术。硅负极存在体积膨胀和界面接触不良的问题，通过在材料表面引入氢键、共价键，结合原位固化，可以比较有效地解决体积膨胀和界面接触的问题，可以将能量密度提升到350Wh/kg的这样一个量级，还能提升电池的循环性能和寿命。

再一个就是面向400Wh/kg以上的混合固液动力锂电池。因为能量密度不一样的话，对应的材料体系也有些不一样。用锂金属为负极的话，涉及到很多基础的一些问题，像锂枝晶等产生、像界面的稳定、兼容性等这些问题，现在已经得到了明显的解决。

基于这样一个技术，在工程化阶段实际上也有很多的问题需要解决，包括安全的问题、关键材料的量产问题、电池的特殊装配问题、性能问题……

我们现在做的一些工作，主要是包括采用有机无机复合电解质的柔性隔膜，以及多层级的这样一个复合三元正极，还有合金复合金属锂负极的技术路线。

现在能够实现400Wh/kg的高安全混合固液态锂电池，现在整个的电池已经做出来了，基本上就是能够实现千次的循环。在室温下，500Wh/kg的电池，基本能够做到接近500次的循环。

但是大家知道，1000次的循环，实际上还是不太够的。尤其是在循环的后期，还是会有一些安全的问题。所以，电池在整个生命周期现在基本上也能够做比较高的安全性。

锂金属为负极，现在是存在着应用上的两个问题，一个是循环，第二个是倍率。

我们先是解决循环如何提升循环的问题。大家现在知道影响循环的就是两个：一个是有锂枝晶，第二个有死锂。

我们所采用的思路就是把锂枝晶修复，把死锂激活。就是施加一些电流、电压或者是热量，它对锂枝晶确实是有一些作用的。

对死锂的话，我们对尖端的这些锂采用一些激活的方式。我们通过特有的机械-电-热耦合的工艺，可以将正负极的物质激活，同时能够将一些性能恢复。像这样一个工作，其实在近些年已经有一些论文的报道，我们只是比较早的就介入了实际应用中。

我们现在的实际应用的效果，大家可以看到。我们已经将400Wh/kg电芯的全电池做出来了。它的600圈的循环是能做的比较稳定的，也不会安全的问题。尤其是到寿命的末期，我们每300次循环激活一次，能够把循环做到2000次。最近，我们能够每500次循环做一次激活，让激活的次数少一些，也能够稳定地做到2000次循环。

所以这个也是我们基于国家重点研发计划在做的最核心的工作。现在，通过第三方权威机构的测试，已经将我们做的超过10安时的电池在25摄氏度进行0.5C充/1C放，在一个满充满放的情况下，达到了2100多次的循环。

我们也还是要看到，将锂金属电池推向工程化是一个很漫长的路，也确实很艰难。现在，我们也能够将单体容量做到70Ah、80Ah甚至120Ah。

但是，我们还是要承认，基于这样一个电池产品或者说样品，现在能够做到T2温度（热失初级阶段峰值温度）超过250度，但是T3温度（热失控剧烈阶段峰值温度）还是过高，超过1000度。所以现在主要的精力都集中在降低T3温度，以降低电池在热失控时的危险性。

其实这个挑战也是非常大。

在全固态电池上面，现在大家慢慢变得更加集中到了硫化物全固态电池上了，硫化物跟聚合物的配合，大家都基本上以硫化物这一块为主是比较多的。

在硫化物这一块，我们是在国内最早做的。2011年，我回国后就在宁波材料所一直坚持做这一块的工作。那么我觉得比较好的一个方面就是，通过这么多年的发展，我们现在基本上已经收敛到了硫锂的结构。

大家可以看到，就用这一种电解质，在组分上稍微有点不一样，但是用不同的正极和不同的负极它都是能够匹配的，这说明电解质基本上稳定了，所以促进了整个硫化物电解质材料的整个的产业化的推进。

我们课题组最近做的工作是利用第二相材料湿法包覆硫化物电解质，因为硫化物电解质在空气中不稳定。包覆层也不厚，只有20nm。通过这样一个处理，能够使电解质对金属锂复合负极表现稳定，而且能够在循环上有大幅提升。同时，我们也在持续的推进一些包覆复合的方法，改善电解质在空气中的稳定性。

那么我们现在已经将不同的硫化物电解质材料推向了产业化。现在主要在发展高电导率、小粒径、高批次稳定性和低成本的这样一些产品。同时，我们在3微米左右的材料的这样一个球形颗粒，电导率室温下已经做到了9mS/cm，而且能够吨级稳定性进行生产。

固体电池的研发方向主要还是材料。高比能全固态锂电池，我认为可能未来还就是这些材料：

正极有三元、有富锂，近年来以高镍的三元为主，朝着高电压大单晶高强度的方向，当然可能很多都要进行表面改性。

电解质，基本上是有氧化物复合材料，有硫化物复合，然后负极现在是以硅为主。但是我觉得，硅负极的很多的研究成果或者技术，有可能能够延伸出金属锂基复合的材料体系。同时，大家用不同的电解质，也做电池的不同的这些技术路线，大家都是同步在发展。

总结来讲：

第一，硫化物全固态电池这样一个路线是当前唯一全球各国都在发展的一条路线。今年，我们国家确实也加大了在这方面的投入，整体进展是超预期的。入局的头部企业也在不断增加。

第二，一代材料决定一代电池技术。我认为，未来全固态电池有可能是各种路线并存的。我们一直在说，当前的液态电池靠正极来区分电池，三元的电池、铁锂的电池。未来，全固态电池有可能靠电解质或者负极区分。因为负极现在也出现了三个路线，有无锂的负极，有碳硅的负极，有金属锂的负极。

第三，我国近两年已经快速的建立起了全国性的电池材料产业链，尤其是电解质硫化物材料的产能，已经开始出现过剩的迹象。但是，高品质的材料还是具有竞争力。

好，我就讲到这里。欢迎在座的年轻同行加入我们南科大的团队，也希望各位对我讲话中的问题进行批评指正。