貝特瑞李子坤：干法工藝“應戰”全固態電池電極制作
近期，在第五屆新能源汽車及動力電池(CIBF2024重慶)國際交流會上，貝特瑞新材料集團股份有限公司研究院院長李子坤博士，作題為“固態電池用關鍵材料的研究進展”的主題演講。
圖為貝特瑞新材料集團股份有限公司研究院院長李子坤博士演講
以下為速記內容：
各位參會的嘉賓，大家下午好!
最近這段時間比較火的、聊的比較多的應該是固態電池了，今天我也想借此機會，圍繞固態電池的核心材料，把現在行業的發展情況，包括我們貝特瑞的情況跟大家分享一下。
鋰離子電池的發展趨勢
先看一下鋰電池的應用需求，高安全、低成本、高比能這三個需求大家都很熟悉了。在滿足這三大需求的情況下，還有更高性能方面的要求，比如快充。雖然現在快充需求提的比較多，不過基本需求還是這三個。
為了提升鋰離子電池能量密度，在材料設計方面，貝特瑞想方設法在正負極材料上把能量密度提上去。比如負極已經達到600mAh/g以上，以硅為主，硅之后是什么，我們也在思考。
在電芯設計方面，電芯企業在努力做一些電芯結構的設計，來提升能量力度。
為了提升鋰離子電池的安全性，在多種因素中，我們認為最基礎的是從材料角度，對正負極材料表面的包覆層做優化，從而改善電池熱失控的狀態。
同時，在電池管理上，很多企業也在做電池系統的升級優化，包括智能檢測等。在電池結構設計上，也引入了一些阻燃材料。
如何做到一款電芯體系既能保證它的高能量密度，又能保證高安全性?其實現在大家關注點都放在固態電池上了。
固態電池從某種意義上來講，拋棄原有的有機電解液，本征安全肯定沒有問題，又可以引入現在液態電池沒法用的高容量的正負極材料，從高比能和高安全的角度來說，固態電池確實是一個很好的選擇。
從去年開始，行業內對于固態電池的研究已經非常多了。從今年過完年到現在的這幾個月，透露出來的關于中國的固態電池的信息量非常大的。比如上汽、廣汽等，都有公開的報道。
消費類也有，vivo、OPPO、小米等，都有關于固態電池的應用報道。還有低空經濟的發展，深圳市當前主要在推這個領域的應用。
固態電池的設計
對于固態電池的設計，從現在的液態電池到半固態，未來肯定是全固態，基本發展邏輯是這樣。中國企業把很多焦點放在中間的半固態。未來我們覺得固態電池的理想狀態應該就是全固態。日韓現在在全固態上投入比較多。
針對固態電池的發展路線，貝特瑞從技術、材料等方面也做了一些探索。
半固態領域，像我們的氧化物的電解質材料和聚合物的電解質材料，我們在大量去推進，同時，摻混、包覆、原位固化等技術，我們也在推進。
對于全固態硫化物的電解質材料，或將是未來全固態電池的首選。還有包括干法電極技術、低成本硫化物的合成，以及基于未來全固態搭建的金屬鋰負極的載體材料、鋰金屬負極骨架結構等，都將進一步發展。
接下來是半固態電池的一個設計思路。我列了一些公司，從他們公開報道的數據看，在電池能量密度、安全性上都有一些改善。
提到半固態，我們行業中很多專家也在說“治標不治本”，我們設想的固態應該就是全固態。但是，作為過渡期的半固態電池，它現階段也發揮出一些優勢。比如，從安全性能、還有倍率低溫等，我們實驗室實測數據顯示，是有一些提升的。
現在面臨的問題是成本和工藝問題，我們要解決如何把它實際投入使用的問題。
但是，一方面，目前行業中關于半固態的規范和標準并沒有建立起來，要真的大規模推進，這些工作都要做。
另一方面，從配套的裝備、材料、電芯設計，到整套系統的開發，其實也是需要產業鏈一起來推動。
介紹一下貝特瑞半固態電池材料的應用情況。我們目前市場應用已經覆蓋到氧化物的固態電解質、聚合物的固態電解質，并覆蓋3C、動力、儲能領域。
對于半固態電池的設計，主要是把中間的電解液換成硫化物的固態電解質，并引入新型正負極高能量密度的正負極材料。
下面介紹一下全固態電池的設計思路。以豐田為代表，他們在固態電解質方面也暴露出一些問題，我們上次專門拜訪了豐田，對方提到阻抗的問題，就是電界面和電極片之間的界面阻抗。關于電解質這個層比較厚的問題，他們用的是濕法涂布。
還有電極材料中，固態電解質的顆粒跟電活性物質的顆粒能夠均勻混合，出現團聚的問題，想到用一些濕法的工藝。對于固態電解質和活性物質之間的縫隙問題，采用了等靜壓的技術。通過這些方式來解決現在全固態電池里面存在的一些問題。
全固態電池的產業現狀，其優勢包括高能量密度;拋棄了隔膜和電解液，引入固態電解質之后，帶來空間利用率的提升、熱性能提升。所面臨的問題包括成本問題，硫化鋰非常貴，還有固固界面的問題。
接下來介紹貝特瑞在全固態電池領域所做的應對策略。對于超高容量的9系的三元電池，為了提升它的安全性，我們做了一些原位包覆技術。對于硫化物的電解質材料，我們現在主要推進這些材料的研發和產業化。干法電極，我們已布局干法電極工藝，從而杜絕硫化物固態電解質與溶劑發生副反應;并開發適配的新型粘接劑。
固態電池關鍵材料的研究現狀
在固態電池的關鍵材料上，硫化物和聚合物，以及氧化物這三種類型的電解質材料，我們現在都同步推進。
在氧化物的固態電解質材料里比較好的應該是高離子電導的材料。我們圍繞著現在開發的材料適配于不同場景的材料也是來自以下四類：
比如說LATP，我們有一條小產線，產能達到年產100噸以上。現在我們已向市場小批量供貨。
LLZO和LLZTO，也已在市場上小批量試。
LLTO，比較適用于石墨負極材料。
從貝特瑞氧化物固態電解質的應用特點來說，據客戶反饋，在隔膜涂覆、極片涂覆帶來的安全性，以及正極包覆的安全性、熱穩定性、低溫性能等都有一些提升。
貝特瑞聚合物固態電解質產品，據客戶反饋，從循環、安全等角度來說，都有一些提升。
貝特瑞硫化物固態電解質產品，我們現在推的是BSS-1的這款產品。客戶驗證出來的結果顯示，該款材料的穩定性、長循環，相比其他的材料要好一些，還獲得大倍率的循環次數等數據。
因為收集到的數據還不是特別全，尤其硫化物的，在國內很多客戶也是剛剛起步，而且目前國內還是以半固態的電池為主導，硫化物從去年開始，國內才開始加大投入的力度。
結論與展望
最后總結一下。現在的固態電池，不外乎半固態和全固態。在半固態體系里，我們現在的氧化物應用端主要來源于隔膜涂覆、極片涂覆、正極包覆，還有摻混，以及聚合物里的原位固化。
它的特點目前可以明確的，安全性能是肯定有提升的，以及倍率和低溫性能的提升，尤其在磷酸鐵鋰材料里。
當前半固態電池處于市場推廣和初期應用的階段。中國推進的比較快。
全固態體系里的核心技術，最關鍵的是界面的問題。產業化面臨的成本過高的問題，需要整個產業鏈一起來推動。
全固態電池面臨的挑戰，在材料層面，包括硫化物穩定性差，規模制備難，搭配高容量正、負極結構失穩等挑戰。在電芯層面，包括全固態電池壽命、復合電極、界面失效、量產應用工藝等方面問題有待解決。
同時，全固態電池的機遇方面，為什么面臨這么多困難，還是要去推?主要是因為全固態電池的確在高能量密度、高安全上有它自身的優勢。現在我們需要干的就是整個產業鏈的突破，從裝備、原材料、電芯設計、應用端我們都需要同步推進。
今天我的分享就到這里，謝謝大家。
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