图为ATL梁成都博士

 　　梁成都：首先感谢大会组委会给我这次机会讲一讲全固态电池。全固态电池是一个长期的一个布局，现在对于这个车用电池的安全方面，前面那位嘉宾已经讲了很多安全的问题。其实全固态电池首先从安全的角度来考虑，它可能能给大家带来一些希望，也许在能量密度上有一个更好的提升。

　　今天也算是抛砖引玉，讲一下整个领域的一些准确，接下来简单地介绍一下我们公司的一些工作。

　　全固态电池目前处在一个研发早期，研发的公司也比较多，这个里面不仅仅有大的公司，也有一些初创公司。这是一个新的技术，无论大公司还是小公司都是在同一水平上，大家都有机会的，也很有可能小公司会做得很大。

　　在这个里面我简单介绍一下全固态电池，基本上集中在两个地区，一个是美洲（北美），另外一块是东南亚。现在对一些动力电池的研究，东南亚这一块是最火的。

　　我们的路线主要是采用硫化物体系，聚合物体系也是另外一个我们关注的点，也是我们研究的重点之一。

　　此外，你也可以看到一些日韩的企业，包括台湾的一些企业，有三星、LG、索尼等等；都有一些全固态研究。三星是基于硫化物的固态电解质。

　　在欧洲这一系列里面，比较有名的是基于聚合物的体系，法国的企业Bollore，这个聚合物体系已经开始装车了。几年前就开始了产业化，这里面虽然有一些问题，但是不是说全固态没有任何的基础、没有任何理由。等会儿我会提到当前他们的局限在什么地方，我们将来在什么方面会有进一步的突破。

　　这是美国的一个初创企业，还有基于陶瓷了凝胶电解质的。这是全世界关于全固态电池的一个企业研发的分布状态。

　　全固态电池其实它关键的问题是它的传质，由于传质引起的一系列的问题，这个中间包括电子传导和离子传导的一些相关的问题。这个里面主要强调的是离子导电。在传质里面离子的传导是最主要的部分。在电解质里面的离子传导，电极里面的离子传导、界面上的离子传导是非常关键的。对于固态电解质当前还是主要分为三类，基于聚合物、氧化物的或者是磷酸盐的，还有基于硫化物的。

　　我现在对这三类来逐步的展开，讲一讲我们对它们的一些看法，以及我们在相关方向的一些工作。

　　基于聚合物的大家可以看到在这个方向主要做的一些公司，或者是一些研究机构。大概有这么几个，这是法国的，这是美国的，最近东北师大有一些新闻，大家也可以看到。这个都是基于聚合物的，聚合物对金属锂来说是相对比较稳定的，这是一些公司发布的数据，磷酸铁锂对PEO的体系。这个也是最先实现产业化的一个领域方向。

　　对于这个方向，我们公司也进行了一些研究，主要是对它的导电性、加工性能各方面进行了一些改进。

　　其实真正预测的话题，对于全固态电池假如能量密度提到了很高的情况下，对于它循环的寿命的要求不会像传统的业态电池要求的那么长。它的电量大了，所以每充完一次之后它的续航里程就比较长了。

　　我们也验证了，或者证明了，他这个电池安全性能方面确实是有优势的。这个是剪切，折弯，大家常见的聚合物电解质在安全方面的一些优势确实是可以体现出来的。

　　它有很多的缺陷，对于聚合物电池来说，最重要的缺陷是它的离子导电性很低。离子传导与温度的关系很大，温度升高之后离子传导就会极具的加速。温度升高之后，电池性能各方面都体现出来了，所以在这个聚合物的固体电池里面一般都有一个加热元件，这个加热元件就可以使它的能量密度降低。在这里面一般都会匹配一个电气系统，有的是用的超级电源器，有的是配一个普通的传统的液态电解质的锂电池。

　　现在目前来看，它的能量密度在这个电池包的水平上，大概是做到了150瓦时每公斤，和传统的液态电池进行比较的话，它的优势没有办法体现出来，尤其是在能量密度上面。

　　另外一个非常重要的方面，就是它的电化学窗口比较狭小，聚合物容易被氧化。一般都只能用到4伏左右。在这方面有一些研究工作，我很欣喜地看到国内有一些研究机构在这方面做出了一些开创性的工作。目前来看还是在4伏的范围下。这个单体电池它确实很难超过300瓦时每公斤的一个设计。

　　这个是基于聚合物体系的另外一个局限，大家也在寻求有没有另外一个很好的体系，基于氧化物的，或者是磷酸盐，由于它的电化学窗口更宽一些，所以在早期的时候，在上世纪早期90年代的时候，国家实验室，这是美国的，Sakti3这个公司做过一些以氧化物或者是磷酸盐为基础的全固态电池。

　　薄膜电池的循环性能很好，几完圈都没有问题，但是问题是什么？循环的厚度非常的薄，厚度一增厚之后循环的厚度就没有办法体现出来。从这个角度也可以理解一下金属锂的循环，它本身很大的问题不是说金属锂不可以循环，而是厚度变厚的时候，真正要做成大电池的时候，这个里面存在了一些关键性的问题。

　　基于氧化物来说，它的问题还很严重，主要是离子导电性比较低。大家可以看到，一系列的固体电解质，有的特别低，能接近使用的，像这个LLTO、LLGO之类的，它们最近的一些发展，也是逐步的在发展，但是中间还是有一些距离的，尤其是它的界面。

　　氧化物比较硬，它的界面很难做，尤其是做一个实用的电池，在实验室里面做一个实验还会好一点，你要真正做生产的时候，这个界面会是一个关键的问题。

　　氧化物比较硬、比较脆，你如何让它形成一个正极和固体电解质之间形成一个比较好的界面，这个是比较困难的。

　　假如说你采用薄膜的方式进行沉积的话，这个费用以及它的效率在工业上来说，你根本没有办法体现出来。在这个方面挑战的难度很大，尤其是对于大的电池，对于EV这种电池来说，这个需要做更多的工作。

　　目前来看，单纯就氧化物为固体电解质做一个全固态电池的话难度特别大，还处在一个非常早期的阶段。

　　另外一个方面，大家也可以看到，前几年除了基于硫化物的固态电解质的导演性，据报导已经接近了液体电解质，大家也看到了一些测量，在这个里面也有一些争议，这个里面大家认为它的离子导电性还有硫化物本身可能有一些电子导电性等等。但是不管怎么样，一些基础模型的数据确实也有它的一些优势。

　　基于这个硫化物体系电池充放电的一些数据，也给这个领域带来了一些希望。我们公司在这个方面也有一些研究，现在在这个方面以后也会有一些深入的投入。

　　我们在这个里面对它的导电性进行一个比较，从某种意义上来说基于硫化物来说，它的优势是在于它的离子导电性比较好。另外一个电化学窗口比较宽，硫化物本身是正极也好，负极也好，这两个方向其实都是不稳定的，但是硫化物和正极、负极之间都可以形成一个SEI，在这样的基础上就可以把电化学窗口拓的很宽，在10伏的基础上都还可以显示出一个比较稳定的状态。

　　大家也可以看到，对于固态来说，对称的循环，这是最能测试这个材料的稳定性的，我们做了一些对冲电池的循环，发信硫化物体系的导电性不不仅高，而且界面稳定性在它形成SEI之后也是比较好的。

　　硫化物的加工比较简单，这也是我们选择这个体系一个很重要的理由。它的挑战也同样存在。首先，还是一个界面的问题，虽然它能够形成一个稳定的SEI，如果形成一个稳定的SEI，这个里面还有很多基础研究的工作要做。从正极的角度、从负极的角度我们都要考虑如何形成一个相对长期稳定的。

　　一个车用电池，至少用5到8年，要实现一个长期稳定，目前实验室的数据来说，从整个的体系产生到现在的时间也并不长，所以说实验室的数据还没有办法提供一个说我能够保证你有8个年长期稳定的状态。

　　界面上的离子导电性如果进行进一步的提高，也涉及到一个加工的问题。硫化物体系虽然它的优点在于它能够进行冷轧，其实冷轧过程当中还是存在着一些间隙的。这个电池循环当中也涉及到了一个体积的变化，如何让这个体积变化不影响整个电池的整体，尤其是一些机械破坏不会发射。

　　电池制造过程当中，如何采用一个方法使它的整体结构不会被破坏，这是一个非常大的占。

　　材料本身的稳定性，可制造性也是非常大的一个挑战。

　　下面我简单的过一下我们在这方面的一些工作。前面说了一个界面的稳定性，我们做过一些包覆，包覆前以及包覆后一个明显的区别。

　　另外一个方面，如何把这个电极材料混合起来？我们在正极里面加了电子导体和离子导体，两个东西加进去之后如何形成一个非常稳定的网络，有时候有一个非常巧妙的混合的方式，让它所有的东西达到最佳的平衡，也是一个非常重要的方向。

　　另外一个方面，硫化物的稳定性，对这个硫化物进行参杂，或者是进行改进之后，提高它在空气里面的稳定性，对于生产来说这是非常重要的，因为生产过程当中我们希望它能够在空气里面进行加工。这是传统的，这是我们经过改进之后的，在空气里面的稳定性，或者是2天之内，这个符合加工的热需求。这也是降低成本最重要的一个方面。

　　最后讲一点，大家都很关注这个事情。全固态其实很多时候它的问题不在于材料，一些简单的加工过程，如何把它做成一个电池让它循环起来，对于大多数人来说还是有很大的挑战的。我们在这些方面也进行了一些比较基础的研究，从如何进行正极材料的涂布，这里面也要加入固体导体，不像传统的，你是在后面把离子导体加进去的，我们是预先加进去的，经过一轮预热压，后面再让如何二次涂布？

　　我们经过二此涂布之后，再进行热压，全固态化之后就可以去掉孔隙。这个是一个工程研究的过程，所以很多时候科学的发展不是一个科学材料的产生，很多工程手段也要提升上去，我也希望大家除了把眼光放在科学的问题上面，同时也要放到工程上来考虑。

　　其实很多时候工程的问题不解决的话，远远是没有希望的，工程的问题要解决的话，肯定是在材料研究早期的时候就要开始切入了。