固态电池专家交流20240723固态电池技术

·固态电池技术自2014年丰田引领专利潮以来，逐渐受到重视，特别是在2018年后进入蓬勃发展期。 海外公司如丰田和美国高通在技术路线和研发进度上相对激进，国内起步较晚，主要集中在半固态电池的研发。 ·国内半固态电池技术主要集中在渭南和青岛，能量密度要求达到350瓦时每公斤以上。负极材料必须采用硅氧或硅碳，正固态电池专家交流20240723 ·固态电池技术自2014年丰田引领专利潮以来，逐渐受到重视，特别是在2018年后进入蓬勃发展期。 海外公司如丰田和美国高通在技术路线和研发进度上相对激进，国内起步较晚，主要集中在半固态电池的研发。 ·国内半固态电池技术主要集中在渭南和青岛，能量密度要求达到350瓦时每公斤以上。负极材料必须采用硅氧或硅碳，正极材料则需使用高镍材料（8系或9系）。 这些高镍材料在国内应用较少，日韩公司如高丽和三星使用较多。 ·硅碳材料的应用近年来因特斯拉和G24的推动而兴起，国内多家公司开始追赶。 硅碳材料的生产工艺从研磨纳米颗粒转向CVD规范，这一工艺门槛较高，目前主要由龙马和东升等公司掌握。 ·新型安全材料如复合铝箔和复合铜箔在提升电芯安全性方面有显著作用。 复合铝箔能显著提升电芯的整体安全性，而复合铜箔在减轻电芯重量和提高能量密度方面有帮助，但安全性提升效果不如复合铝箔。 ·新型隔膜材料如聚氰胺涂布层和纳米纤维素涂布层在提升电池热稳定性方面表现出色，但其制造门槛不高，国内多家公司均能生产，关键在于成本控制。 ·半固态电池的核心在于提升能量密度和安全性。 通过使用固态电解质替代部分液态电解质，提升电池安全性。 目前主要采用LATP（磷酸钛铝氧）材料，但其成本和重量较高，限制了其广泛应用。 ·半固态电池的原位固化技术尚未成熟，主要通过聚合物单体与电解液混合后注入电池，再进行聚合固化。 这一工艺目前在蔚来和青岛等公司试验中，但尚未达到理想效果。 ·半固态电池的成本显著高于常规锂电池，主要适用于高端车型和特定应用场景，如低空经济。未来市场需求的变化将决定半固态电池的推广速度。 ·国内硅碳负极材料的主要供应商包括南溪智德、天目仙草、三三和贝特瑞等公司。CVD硅碳负极材料的生产面临供应链和设备安全等挑战，但总体上具备量产能力。 ·宁德时代在半固态电池领域的布局较为领先，其凝聚态电池概念标榜能达到500瓦时每公斤，主要应用于载人飞行器。 宁德时代通过多个团队并行研发，探索不同技术路线，包括硫化物全固态电池。 ·半固态电池的安全性仍是主要挑战，当前电解液含量需降至10%以下才能显著提升安全性。现有技术水平下，半固态电池的电解液含量约为15%，仍存在热失控风险。 ·快充与高能量密度的兼容性问题尚未解决，硅碳负极材料在快充条件下易破碎，需通过优化颗粒大小和碳骨架等方式提升性能。 高镍材料在快充条件下也面临类似挑战。A：固态电池的发展始于2014年左右，由丰田引领了一波专利潮，2018年后进入了蓬勃发展期 。 日本和美国起步较早，技术路线较为激进，丰田主要走全固态路线，而美国如高通公司则采用烧结薄膜路线，技术壁垒较高。 国内起步较晚，主要以半固态为主，技术壁垒相对较低，但更接近商用化。国内主要采用氧化物和聚合物的搭配，而国外如日本丰田则走硫化物路线。 A：国内半固态电池的能量密度要求达到350瓦时每公斤以上，负极材料必须采用硅氧或硅碳，正极材料则需使用高镍8系以上甚至9系。 硅碳材料近年来由特斯拉和G24公司带动，国内多家公司在追赶。为了提升安全性，采用复合结构的负极材料如复合铝箔和复合铜箔。 隔膜材料要求更高的热稳定性，采用新型涂布层如聚氰胺涂布和纳米纤维素涂布。 硅碳材料对粘接剂和碳纳米管的需求更高，碳纳米管在半固态电池中的应用将增加，但国内技术尚不成熟，主要依赖俄罗斯的供应。A：半固态电池主要通过使用固态电解质或固态电解质显示来替换部分液态电解质，以提升安全性和能量密度。 快充锂电池则主要关注材料的快速充放电性能。 半固态电池的关键在于提升能量密度和安全性，而快充锂电池则更注重充电速度。半固态电池通常采用LATP材料和原位固化技术，但目前国内技术尚不成熟。 A：聚合物单体与电解液的混合主要用于原位固化技术，常用的聚合物单体是丙烯酸酯类的不饱和双键小分子或低聚物。 电解液厂如新宙邦和天赐一般不生产这些单体，而是外采后进行混合。 市场上常见的材料不一定适用于半固态电池，需要进行配方调整，初创公司在这方面有更多探索。A：目前在固态电池的隔膜技术方面，还没有确定使用特定的材料。 虽然纳米纤维素的性能看起来较好，但从热收缩角度来看，其优势并不是质的飞跃。A：从理论经济性角度来讲，纳米纤维的成本应该更低一些。 这主要是因为纳米纤维属于生物系材料，其成本通常较低。A：目前主流的产品中，宁德时代的旗舰电池使用的是复合铝箔。 对于半固态电池公司而言，目前还没有普遍使用复合铝箔或复合铜箔，他们主要还是使用普通的铜箔。A：在CVD硅碳负极材料的生产方面，国内有几家比较有名的公司，包括南溪智德、天目仙草、三三和贝特瑞平，以及山东的一家国企十大顺华。 这些公司在该领域内表现突出。A：目前CVD硅碳负极材料生产过程中，主要的瓶颈不在于供应链，而是碳材料的选择对最终性能的影响较大。 此外，设备方面，流化床CVD路线的安全性和量产能力也是需要关注的问题。但这些问题预计都能得到解决。 Q：在选择CVD硅碳负极材料的原材料时，是倾向于使用生物质材料还是化工产品？A：在选择CVD硅碳负极材料的原材料时，行业更倾向于使用化工产品，如树脂机，因为其微结构相对稳定，而生物质材料如椰壳的质量波动性较大。 尽管生物质材料成本较低，但目前的趋势是倾向于使用化工产品。Q：目前半固态电池的产业链推广是否在加速？ 什么时候这个行业的量能会真正释放？A：目前半固态电池的成本明显高于常规锂电池，主要适用于高端车型。除非经济环境改善，消费者有更多可支配收入，否则难以大规模推广。 此外，低空经济的发展可能会激发对高能量密度电池的需求，但目前价格问题仍是主要障碍，因此短期内难以看到爆发性增长。 A：目前来看，半固态电池主要应用于动力类产品。 消费电子产品对电池的需求主要集中在快充、待机时间和循环寿命上，而不是电池的厚度和重量。因此，半固态电池在消费电子领域的吸引力相对较小。A：宁德时代几年前提出了凝聚态电池的概念，属于半固态电池的一种。 他们有多个团队分别在研究不同技术路线，主要倾向于在载人飞行器上推广其电池，目标是达到500瓦时每公斤。 尽管技术路线与其他公司没有本质区别，但宁德时代在安全性和技术创新上投入较大，面临的挑战也较多。 A：目前半固态电池的成本在0.8元/Wh以上，主要因为供应链尚未完善。硅碳材料的成本约为800元/公斤。 随着量产规模的扩大，成本有望下降，但具体数值还需根据实际良率和转化率调整。A：目前主流半固态电池厂家的硅碳掺量大约在20%左右，部分厂家如辉能的掺量在15%到10%左右。 虽然一些厂家具备量产能力，但实际生产过程并不顺利，良率和转化率仍需提升。A：目前的半固态电池虽然被称为半固态，但其电解液的量并未降到足够低的水平，通常在15%左右 ，而真正安全的半固态电池需要将电解液降到10%以下。 现阶段的半固态电池在发生热失控时仍有爆炸的风险，尤其是使用软包电池时，热蔓延问题较为严重。此外，半固态电池的能量密度较高，在相同体积内储存更多能量，放电时的危害也更大。 因此，目前半固态电池的安全性仍存在较大隐患。A：目前半固态电池的生产成本较高，主要原因是生产良率低，导致每个电池包的成本大约在30万元左右，接近2元/瓦时。 此外，半固态电池的安全性问题尚未完全解决，进一步增加了生产成本和风险。A：半固态电池的大规模量产可能与市场需求有关。 目前，虽然半固态电池的安全性和生产成本问题尚未完全解决，但通过综合治理方案，例如使用更安全的隔膜和正极材料，可能会逐步改善这些问题。 因此，未来几年内半固态电池有望实现一定规模的量产，但仍需更多的研发和工程改进。A：全固态电池的主要问题在于其电导率虽然足够，但只能用于全固态系统，无法应用于半固态系统。此外，全固态电池在实际应用中会面临一系列技术挑战，例如与电极材料的反应问题，这些问题需要进一步的研发和技术突破来解决。A：目前在固态电池领域，磷酸钛锂（LATP）和硫化物等材料存在一些问题。 例如，LATP的电导率较低，限制了其应用。 而硫化物虽然电导率足够，但只能用于全固态电池，且在与电极材料接触时会发生反应，限制了其在半固态电池中的应用。 A：目前固态电池的主要挑战在于安全性问题。 由于高能量密度固态电池一旦出现安全问题，其毁灭性会比传统电池大。 因此，安全性测试，包括循环寿命和倍率测试，是目前比成本更基础的问题，需要在考虑量产之前解决 。A：硅碳负极材料的大规模应用主要取决于市场需求。 尽管技术上可行，但是对于能量密度的需求有多大目前还不好判断。 特斯拉使用少量硅碳负极材料是理想的选择，但如果大量使用，可能会遇到问题。 因此，硅碳负极材料何时能够开始大规模应用，还需要看消费者对更长续航里程的电池的追求何时增加 。A：在下游需求方面，那些对高能量密度有强烈需求且对成本容忍度较高的应用领域，如特定的机器人和低空飞行器，对固态电池的需求更为迫切。 这些领域可能会推动固态电池技术的发展。 然而，航空领域对安全性的要求更高，因此在采用固态电池方面会更加谨慎，寻求通过不同模式如换电来确保安全。 Q：固态电池的安全性问题主要需要由哪方面来解决？ A：固态电池的安全性问题主要需要由电池制造商来解决。这是推动固态电池应用，尤其是在航空领域的关键因素。 Q：关于宁德时代预计在2027年前后让固态电池上飞机的计划，您怎么看？A：个人感觉宁德时代的这个预计可能有些过于乐观，尤其是对于载人飞行器来说，这是一个非常大的挑战。 虽然希望他们能够实现，但感觉这个目标有点难以达成。Q：目前关于固态电池的技术路线，有哪些是确定的？A：目前固态电池的技术路线中，宁德时代走的是硫化路线，仍处于实验室阶段。 他们没有太多的选择，要么是走高规常规路线，要么就是富锂高镍或者是富锂猛击材料。A：目前商用材料的性能都不太好。 实际测出来的容量很低，循环性能也不佳。短期内，三元材料的表现会相对好一些。 A：目前国内在飞蠓级材料方面没有特别突出的公司。 几个大厂的性能都不太理想，虽然安全性可能稍微好一些，但容量和电压衰减都比较严重。龙柏等大厂的表现相对较好。 A：目前在聚合物电解质方面，大公司并没有太多投入，主要是一些小公司和初创公司在研发。未来公司有自己的研发部门在做这方面的工作，法恩莱特昆仑等公司也在涉足这个领域。A：目前没有明确的上市公司在聚合物电解质方面表现突出。 因为市场需求不大，所以大公司一般不会自己去搞，除非看到明确的需求。A：小公司在新材料研发方面上量较慢，可能会通过卖专利或被并购的方式被大公司吞并。关键在于验证新材料确实比常规电解液系统更好用。A：目前办公台电池的充电性能在2C以内，高规体系2C以内勉强能做上，4C则无法实现。4C快充会对负极材料造成严重损害，基本无法使用。 A：高镍材料在快充方面需要做很多优化，包括规定颗粒大小、碳骨架调整、硅掺杂等，以提高电子导电率。 这些优化工作需要硅碳厂商来解决。