全固态电池工艺与设备探讨专家会

1、政策与项目动态 工信部基金支持：2024年5月，工信部设立60亿全固态电池研发基金，宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、蔚来、吉利六家企业获支持，宁德拿了二十多亿近一半。此基金为课题性质，申报涵盖材料、工艺等细分领域，验收需提交实验结果，目前已在网上递交材料，且为一次性项目，无淘汰或增补。 未来资金支持预期：因丰田将全固态电池上车时间从2027年推迟到2030年，工信部焦虑缓解，近期国家层面预计无额外资金支持。而地方政府一直通过土地资源、税收优惠、政府基金投入等方式为电池企业输血。 2、技术路线分析 硫化物路线：硫化物固态电解质电导率比电解液高，但成本高，上游材料硫化锂超180万元每吨，制造和售后会与水反应释放有毒硫化氢气体，制造电芯需300兆帕以上对接压力，工艺难度大，且无法阻挡锂枝晶形成。宁德、比亚迪等大厂因有稳定现金流，瞄准产业终局，选择此路线。 氧化物路线：氧化物化学窗口稳定，高低温性能优良，但电导率低，仅为电解液的八分之一，接触界面差，适合做半固态方案。若要往全固态发展，需采用复合电解质方法，加入聚合物改善接触界面，加卤化物提高电导率，但聚合物常温会结晶，卤化物还原电位不够低且成本高。目前单纯氧化物只能做半固态电池。 3、电池性能与成本 半固态电池性能：半固态电池能量密度有所提高，如极氪光年固态电池比宁德时代NCM能量密度高15%，但倍率较差，最高只能做到1.6C，无法满足部分客户2C的要求，循环也较差，针刺不能百分百通过但比三元好。因倍率和循环问题影响其在整车终端的应用，导致一直未上量。 半固态电池成本：以极氪001三款电芯对比，半固态电池材料成本比宁德时代811高7%，电芯层面成本约5毛6到5毛8每瓦时，pack层面约一块钱一瓦时，虽商业上不能比宁德卖得贵，但已与液态电池成本相近。 4、产线与工艺 产线现状：目前没有全固态电池产线，实验室制作纯手工，无专用设备，也没有专门的全固态中试线，各公司中试线类似样品线，设备差异不大，主要在摸索阶段。 全固态工艺推测：产业终局全固态电池制造工艺，前段将从湿法涂布转向干法电极，正负极及固态电解质需干混、干纤维化、致密化，致密化用等低压设备，之后集流体复合、分条模切、叠片、热压成型，后段变化相对较小。封装形式将从铝壳转向软包，因软包能量密度更高且无电解液不存在漏液问题。 5、企业案例分析 上汽项目：上汽去年4月发布智己L7半固态电池车型，客户要求续航超1000公里、倍率大于2C、过针刺、循环超1000圈，但去年方案倍率未达标，最高1.6C，针刺不能百分百通过，目前该项目停滞。同时，上汽与清陶合作富锂锰基 半固态方案，实验已通过，下半年将发布，客户要求10万辆产能，该方案追求性价比，电芯性能较均衡。 清陶发展：清陶计划在成都投资60亿扩15G瓦时半固态产能，主要供储能系统，钱何时投入尚不清楚。研发端分两组，一组前瞻研发往全固态走，采用以氧化物为基础（占比超60%），添加聚合物和硫化物的复合电解质路线，目前仍在实验室阶段，能做出高能量密度电芯，但循环只有几十圈，不具备应用价值。 Q&A Q：工信部60亿固态电池项目的研发时间、方式和具体目标或指标是什么？ A：该项目于2024年5月启动，是课题性质，类似学校论文，在材料、工艺、正负极等很多细分方面，往全固态电池去走的方向都可报项目。验收方式是提交实验结果和情况，验收时间点目前已有东西在网上递交，这是一次性项目，不会有淘汰或增补。 Q：这一轮向上提交材料，主要审核哪方面的进展？ A：主要审核课题进行到哪一步，做了哪些测试和验证，以及结论是什么。Q：目前各家在固态电池项目上的具体进展差异如何？ A：全固态目前没有比较确认的方式，递交的东西偏学术性质，例如研究哪些材料能用于全固态电池，像无隔膜电池用固态电解质代替塑料隔膜后电池的性能情况。 Q：现在固态电池产品测试结果是处于实验室级别，还是进展到中试线摸索出工艺的阶段？ A：全固态电池目前都处于实验室状态，没有任何一家投入产线，但各家都有中试线，中试线是做样品用的。 Q：除了工信部的项目，后续是否还有可能有其他项目资金支持，包括不限于工信部或地方相关资金来源？ A：从国家层面看，因丰田将全固态电池上车时间从2027年推到2030年，工信部没那么焦虑了，近期不会有额外资金支持。地方政府方面，一直都在给电池企业输血，提供土地资源、当地税收优惠甚至政府基金投入。 Q：目前工信部报项目多采用硫化物路线，一些原本采用氧化物路线的企业也转向了硫化物路线，背后的原因是什么？ A：氧化物化学窗口稳定，高低温性能优良且稳定，适合做半固态方案。但其缺点是电导率低，仅为电解液的八分之一，且接触界面差。硫化物电导率比电解液高，但存在诸多问题：一是成本高，上游材料硫化锂成本超180万元每吨；二是制造和售后过程中，硫化 物电解质会与空气中的水反应释放有毒的硫化氢；三是制造硫化物电芯需要300兆帕以上的对接压力，工艺难度大；四是硫化物电解质是粉末状且较软，无法阻挡锂枝晶形成，存在安全隐患。对于初创型或科创型公司，倾向推出过渡形态产品，专利围绕氧化物布局，转做硫化物较难，因为硫化物专利多在丰田等日本企业手中。而宁德和比亚迪等有稳定现金流的公司，不急于推出过渡产品，瞄准产业终局，会选择硫化物路线。 Q：氧化物的全固态或半固态电池能否达到工信部研发项目的要求？A：工信部没有提出具体要求。 Q：上汽和清陶研发项目的具体目标以及目前达到的进度指标是怎样的？ A：以去年4月发布的智己L7为例，上汽提出的指标是续航超过1000公里（四驱 车）、倍率大于2C、安全性过针刺、循环大于1000圈。去年的半固态方案中，续航里 程达到了，133度电能跑1000公里；倍率最高只能做到1.6C，未达到要求；针刺不是百分之百能达到；循环能达到要求。 Q：半固态方案部分性能未达标的原因是里面有电解液吗？A：半固态方案里面本身就是有电解液的。 Q：现在氧化物做全固态卡在了什么问题上，未来该路线的可行性如何，会慢于硫化物产业化还是可行性占比会很低？ A：氧化物做全固态的问题在于电导率低和接触界面差。要解决这些问题需采用复合电解质的方法，即在氧化物中加入聚合物和卤化物。聚合物界面相容性好，可改善接触界面问题，但常温下会结晶，导致电导率低，所以要掺卤化物。卤化物离子电导率高，但还原电位不够低且成本高。单纯的氧化物只能做半固态电池，除非发现新的氧化物材料，目前已有的氧化物电导率都不够高。 Q：氧化物半固态单瓦时成本降到什么水平了？ A：可以通过极氪001的三款电芯对比来看，中创新航75度电磷酸铁锂版本跑650公 里，车卖23万；宁德时代100度电8NCM11跑770公里，卖29.9万；赣锋133 度电半固态卖33万，多33度电贵3万块。半固态是9系高电，与宁德时代811相比，售价差不多，但材料成本高7%左右。pack层面大概一块钱一瓦时，电芯层面大概是5毛6到5毛8。 Q：半固态成本后续能降到跟液态差不多吗？ A：现在成本上已经和液态差不多了，但材料成本还是比液态贵，不过从商业角度，电芯售价不能比宁德时代贵，否则没有主机厂会用。 Q：目前半固态电芯五毛钱左右的成本对于高镍电池性能来说算可以，但量不多，在动力或储能上大规模上量的主要限制因素是什么？ A：主要是产品力方面的原因。未来三年不会有全固态电池出来，目前做的都是半固态项目。半固态电池能量密度有所提高，如极氪光年固态电池能量密度316瓦时每公斤，宁德时代NCM为280瓦时每公斤，提高了15%，但不是数量级的提高；倍率方面，半固态最高只能做到1.6C，而宁德电芯能做到两倍以上，全新电池能做到4C；针刺方面，半固态有几率通过，比三元强。半固态电池能量密度提升有限，还带来循环和倍率下降。对于动力电池在整车上的应用，用户对充电速度（倍率）需求排在首位，且半固态循环差，影响用户和主机厂的选择。另外，之前主机厂因烧车问题对固态电池安全性有需求，但现在宁德时代提升了电芯一致性，主机厂对安全性不再特别焦虑，更追求高能量密度。 Q：您看过哪些全固态电池的产线，是什么规格的？实验室和中试线也算 A：市面上没有全固态电池的产线，实验室的全固态电池是纯手工做的，并没有专用设备，也没有专门做全固态电池的中试线。 Q：全固态产线各个路线的工艺及设备，从正负极开始是怎样的？ A：到全固态电池制造工艺终局，现在的湿法涂布因有工艺上限，无法满足提高能量密度的需求，将来要做干法电极。正负极、固态电解质都要先做干混，再做干纤维化（可用气流吹扫、螺杆挤出或压制的方式），之后进行致密化（压实），过程中会用到等低压设备，因为辊压机有工艺上限。等低压后用热压方式做集流体复合，然后分条模切，再进行叠片（未来极片致密化后是硬邦邦的，所以采用叠片而非卷绕），叠片后再热压成型，后续还有焊接、顶侧封、封壳、预封、预理化、二封、拆解、分容等工序。前段和中段特别是前段干法电极的设备变化比较大，后段变化相对较小。另外，现在大部分是铝壳电池，全固态电池适合用软包封装，因为软包能量密度更高，且固态电池无电解液，不存在漏液问题。 Q：全固态电池工艺流程中用到两道定压，是极片做完后先压实材料，装上电池后还要再压一道吗？ A：是的。 Q：干法电极趋势在氧化物半固态里也是需要的吗？未来氧化物半固态如果干法电极成熟，是否会往这个趋势发展？ A：目前干法电极在氧化物半固态中没有应用，干法电极工艺出来后，不单单可应用到固态电池，液态电池若愿意用也可以用。 Q：各家固态中试线相关工艺的相同之处和不同之处体现在哪些环节或设备上？ A：目前固态电池还处于研发阶段，通常产品研发定义冻结后才进行工艺研发，涉及使用何种设备生产。目前了解到大家的中试线差别不大。 Q：中试线或量产线规格下，每条线的干法涂料、滚压、定压等设备的价值量如何拆解？A：这些设备现在都还没研发出来，市面上也没有，不好谈其价值量。 Q：固态电解质的干法工艺和湿法工艺有什么区别？ A：湿法工艺是先将电解质与正负极材料一样进行搅拌，在正极涂布完之后干燥滚压，再涂一层约15微米厚的固态电解质层；干法是用热转印的方式，把固态电解质层涂在隔膜上面，再用压的方式转移到正极，这两种工艺差别不大。 Q：干法工艺中转移固态电解质层后，隔膜是否要去除？全固态电池是否有隔膜？ A：干法工艺中转移固态电解质层后，隔膜不去除，现在的半固态电池本身也有隔膜；全固态电池没有普通隔膜，而是要制备固态电解质片，即固态隔膜。 Q：全固态电池正极端目前行业前沿技术中掺杂固态电解质的比例是多少？ A：目前会在正极材料这边做垂直通道，在垂直通道中灌入氧化物电解质的聚合物材料，再用原位光聚合的方式固化电解质，让电极和电解质形成良好接触界面以提高电导率，但现在还没有做出各方面性能优良的电芯，掺杂比例也没有固定下来。 Q：锂金属负极与硫化物、氧化物全固态路线的适配度如何，其技术进步趋势怎样？A：从测试情况来看，锂金属负极非常不稳定，它与电解液、硫化物固态电解质都会起反应，与氧化物全固态路线比较匹配。为提高电池能量密度，正极提升空间较小，负极提升方案有从石墨往硅方向走做硅碳负极，但硅碳负极掺硅比例超过15%时负极附着力会变差；锂金属克容量较高，但不稳定；还有全硅路线，如美国Amprius公司的硅纳米线技术，将负极用硅代替石墨，硅纳米线间有空隙可应对膨胀问题，不过其目前是液态电池方案。 Q：固态电池对集流体有什么要求，行业内对集流体的讨论情况如何，目前实验室用的是什么集流体？ A：固态电池对集流体的要求一是附着力要好，二是阻抗要低。在固态电池行业里，很少有人讨论往全固态方向发展时用什么样的集流体，因为现在固态电池大的体系方案还没出来。从实验室使用情况来看，还是用传统的铜箔。 Q：上汽氧化物半固态车型的应用情况以及下一代技术提升方向如何？ A：上汽L6车型应用半固态电池，去年4月开发布会，原计划10月上市，但因电芯