1.高能量密度電池

>300-600Wh/kg>

600-1200Wh/L1000-10000cycles

>1-6Ccharging

rate

>-40-80C可再生能源接入、智能電網(wǎng)(>10TWh)航空航天國家安全(海陸空天)2.

快充和高功率電池3.

低成本超長壽命電池4.極端環(huán)境工作電池PengJ,Zu

C,LiH.Energy

Storage

Science

andTechnology,2013,2(1),55-62

2各類先進電池支撐各領(lǐng)域技術(shù)進步可穿戴與醫(yī)療電子設(shè)備

智能制造工業(yè)裝備與電動工具交通運輸(>10TWh)消費電子(30GWh)電化學(xué)性能質(zhì)量/體積能量密度質(zhì)量/體積功率密度低溫能量保持率高溫循環(huán)/儲存穩(wěn)定性任意工況下能量效率循環(huán)壽命/日歷壽命高溫循環(huán)/儲存穩(wěn)定性安全性能機械性能體積膨脹收縮率膨脹力抗變形能力成本鋰離子電池電芯材料體系鈷酸鋰正極三元正極

人造石墨負極

納米硅碳負極

高鎳三元正極

磷酸鐵鋰正極

錳酸鋰正極

人造石墨負極納米硅碳負極中鎳三元正極磷酸鐵鋰正極尖晶石錳酸鋰正極

人造石墨負極納米硅碳負極

鈦酸鋰負極

低鎳三元正極

磷酸鐵鋰正極人造石墨負極

鈦酸鋰負極電

池

輔

助

材

料功能電解液

陶瓷涂層隔膜導(dǎo)電添加劑粘接劑功能添加劑Cu

箔Al箔鋁塑膜、鋁殼、鋼殼

導(dǎo)熱帶240-600Wh/kg600-1000km

續(xù)航1-2C800-1500次功率型動力電池200-300Wh/kg500-600km

續(xù)航4-6C消費電子電池能量型動力電池>10000次；>20年

<0.6元Wh長壽命儲能電池600-1000

Wh/L1.5-6CNCM→333,424,523,613,71515,811,Ni90,Ni92,Ni95,Ni98220-230mAh/gLMO→

Improved

LMO,LNMO,Li-rich115-330mAh/gLFP

→

LFMP150-160mAh/gLCO

→4.6V

LCO190-230mAh/gC→AG,Hard

carbon,LTO,TNO150-400mAh/gSi→nano-Si/C,C@SiOx,μm-Si,prelithiation450-3500

mAh/gLi→

Li@C,Li-alloythin

film1500-3500mAh/g>提高電芯質(zhì)量和體積能量密度>提高循環(huán)性及高溫儲存特性

>提高快充特性及低溫特性>提高安全性，防止熱失控

>降低雜質(zhì)敏感度>降低BOM成本及制造成本通過主輔材料及電芯設(shè)計的持續(xù)創(chuàng)新不斷提升電芯性能和安全性1MLiPF?,EC-DEC→

LiFSI,LiTFSI,LIDFOB,SEI/CEIadditive→hybridsolid/liquid,all-solidelectrolyteAl?O?/PE,CB,Cu/Al→

LATP/PE/LATP,SWNT/graphene,MPCC,largecellformat>充電至高電壓>構(gòu)造低體積膨脹負極

>穩(wěn)定SEI/CEI

界面優(yōu)化電子離子輸運特性

>阻止持續(xù)副反應(yīng)>

固

態(tài)

化極致制造

極簡制造主要思路41.充電至高電壓：體相與表面結(jié)構(gòu)

不穩(wěn)定，析氧，電解質(zhì)氧化；2.高容量硅基與含鋰負極：界面不

穩(wěn)定、析鋰、高體積變化、倍率

特性

一

般；3.大電流密度下：離子在顆粒內(nèi)、

顆粒間、極片內(nèi)、電解質(zhì)相、各

類界面、電芯內(nèi)輸運緩慢；4.熱失控幾率增加；5.

脹氣；6.電芯容易變形、一致性差Temp/℃100o熱失控始于SEI熱分解500sh200TimeXN

Feng,MGOuyangetal,ESM,2019電芯提高能量密度面臨的挑戰(zhàn)尋找固態(tài)電池解決方案液態(tài)電解質(zhì)體系較難解決食RunawayThermal30010051.可充電到高電壓2.

不易析氧3.負極可含鋰4.不和鋰持續(xù)副反應(yīng)5.不易熱失控6.不易腐蝕界面7.不易漏液8.

不易脹氣9.高溫穩(wěn)定性好10.

電

極

壓

實

密

度

大

11.支持內(nèi)串6固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用的價值：解決高能量高功率電池的挑戰(zhàn)3.4.5.6.電芯能量密度高模組集成效率高允許更高充放電倍率

允許高溫運行7.支持絕熱/自加熱熱管理8.方便植入多元傳感器9.超長循環(huán)壽命無跳水12.

免除化成和老化工藝13.

更方便支持預(yù)鋰化14.

更高生產(chǎn)效率主

要

問

題

：>全壽命周期固/固接觸差

>

低

溫

界

面電

阻

較

高Cathode:NCM,LCO,LFPAnode:C,Si,Li1.

電芯本質(zhì)安全2.電芯容量大尺寸大更低雜質(zhì)敏感度更方便支持干法電極SolidElectrolyteLPSCLATPLLZO全固態(tài)鋰電池1978,ArmandInsulation

(layer

avtrodAnode

layer10.

11.+一日本鋰電研發(fā)項目：SOLiD-EVEnergy

density

Energy

density450

Wh/L800

Wh/L1stgen.cellNext

gen.cell(After2022)(After2025)The

same

strategy

with

conventionalliquid

cells.ThickingNMC532,etcGraphiteCap.upCathodeSolidelectrolytesAnode5V

classCathode,

OLO,etcSi,Li,etc.Ratio

upThinningRatio

up7衛(wèi)藍新能源、清陶、贛鋒鋰能、輝能、恩力；

綜研)、大阪府立大學(xué)、小原、出光青島能源所、811所、18所等；

式、

造、

、央

、院戶、CATL、

比亞迪、蜂巢、東風(fēng)、

一汽、國創(chuàng)等；

東麗、富土、住友、日本印刷等

硫化物全固態(tài)鋰離子電池>

固態(tài)電池在世界范圍內(nèi)尚處于研發(fā)和中試階段，中、日、韓在固態(tài)電池開發(fā)領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位；

>

歐美

政

府

和

多

家

企

業(yè)

寄

希

望

于

通

過

固

態(tài)

電

池

改

變

現(xiàn)

有

動

力

和

儲

能

電

池

格

局

，

競

爭日

趨

激

烈

；>

中國將因為產(chǎn)業(yè)鏈成熟、選擇混合固液電解質(zhì)路線而率先規(guī)模量產(chǎn)

8金屬研究井力三電船中日立社會菱化學(xué)興產(chǎn)株Bollore,BatScap等法國氧化物與聚合物復(fù)合的混合固液鋰離子電池以及全固態(tài)電池

中國美國QuantumScape,SolidEnergy,Fisker,Solid

Power、

Excellatron,SEEO,lonicMaterial,Sakkit3等固態(tài)金屬鋰電池日本康出、尼系，本田

下、襯田

湯淺、日立、物質(zhì)材料研究機構(gòu)、東京

工業(yè)大學(xué)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(產(chǎn)固態(tài)電池的研發(fā)已成為世界范圍內(nèi)的焦點大眾、寶馬、奔馳、

博世、MEET等德國三星、LG化學(xué)、SKI等韓國Hydro-Québec,

Glabat等加拿大DySon,lika,

Ricardo等英國韓國三星：基于Ag-C

負極的硫化物全固態(tài)電池◆

主要性能指標(2020.03報道)·GED>400

Wh/kg,VED>900

Wh/L

·NCM

正極：6.8mAh/cm2,215

mAh/g

·

循環(huán)壽命：1000周(0.5C/0.5C60℃)

·

安全測試：軟包電池210℃無脹氣

-

-

鋁箔：12μm--_Li?O-ZrO?@NCM9:0.5:0.5

干法制備：100μmLi?PS?Cl30μmAg-C復(fù)合5~10μm------------不銹鋼：10

μm+0.1-1wts

BinderNCM.C,SE|maxingShearing

forcePressureSUSAg-CSSECathode

AWIP

process

Pressurejig

wth

bl-cell三星的硫化物全固態(tài)電池引入了大量新工藝，對制造技術(shù)提出更高要求◆

干法制備正極極片◆

濕法電解質(zhì)薄膜◆壓制轉(zhuǎn)印技術(shù)◆

熱等靜壓技術(shù)BeforeWIP

AfterWIP9硫化物全固態(tài)電池

(NCM811/LSPSCAg/@C)>電池容量：5.8Ah(60℃,0.05C)質(zhì)量能量密度>400

W

h/kg,體積能量密度>900

W

h/L面容量=6.8mAh/cm2;NCM

比容量=215mAh/g(0.05C)

>

循

環(huán)

1000周(0.6Ah,0.5C)>安全測試：硫化物軟包電池熱失控測試210℃下，1.2Ah軟

包，沒有脹氣；裁剪0.6Ah電池未有問題，油浴測試通過三星硫化物全固態(tài)鋰電池性能NMC

cathodeSeparator+electrolyteNMCcathodeGraphite

anodeElectrolyteAg-CcomposleierL-ion

battery(this

work)bVoltage(V)Temperature

(ec)ElectrolyteU

metalLimetal

batteryLimetal

batteryCoulomb

icefficiency(%)NMC

cathodeTemperaturelec)Cycle

numberTime

(sec.)Voltage(V)Capacityretention(%)日本豐田：硫化物全固態(tài)電池制備工藝采用濕法試制放大的全固態(tài)電芯◆

粉末壓制法(干法)◆

全固態(tài)電芯待改進的問題良好界面的構(gòu)筑和保持>電解質(zhì)對水的穩(wěn)定性有待提升>高電壓、高容量活性材料的兼容

>電芯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化正租固體電解置魚程全四體電池の斷面原材料供應(yīng)和電芯制造工藝尚不成熟，預(yù)計2030年實現(xiàn)硫化物全固態(tài)電池規(guī)模量產(chǎn)

11577負卜柩

石墨負極SolventSolid

electrolyte

DryPressBinderElectrolyteCoating◆

涂布法(濕法)AnodeElectrolyte

cathodeDry

mixing

Put

materials

in

cellActve

ElectrolytematerialNCM

正極C

5Y

WDIRmm

ssn

00電解質(zhì)Wetmixing

(slurry)Collector

foilCut&LayeringCellAssembly正極

NCMCollector

foi電解黃Press硫化物全固態(tài)鋰電池：日立造船的靜電絲印>日立造船基于硫化物固態(tài)電解質(zhì)制備的軟包電池容量140mAh>電池在120℃下循環(huán)100周容量保持93.7%>

電池的工作溫度區(qū)間為-40℃~100℃>電池需保證小電流(0

.

1C)充電,大電流1C

放電的形式項目數(shù)值寸法(mm)幅52高さ(タプ含まず)65.5厚

み2.7筑量(g)25充電(CC最大雷莊(V)4.15最大電流(A)0.014(0.1C)放電(CC)格止電壓(V)2.70最大電流(A)0.14(1.0C)m1定格平均電圧(V)3.65m2定格容量(mAh)140=2使用溫度範回(C)充電溫度範囲20~1203放電溫度範囲-40~1203溫度特性-60·40·20020406080100120140160140120容量理持率對初期容量)8093.7%60402000102030405060708090100#タ兒數(shù)(回)溫里：120℃

充嘴：10C,415Vcutof項：10×10P:

放需：10C,2.70Vcusoff*907KR

其401008建X

瓶7570KO/-9放電時の溫度(C)充尾：25℃.01C放筆：各君虛O1C謀圳：需：45V-270Vcutoffnsnf-

加

-erHitachi

Zosen's

Production

method

EDry

process□Hitz全固體り于ウ厶才ン電池の特性□Hitz全固體リチウムイオン

電池の仕様Hitz全固體リチウムイオン

電池の外覦1:使理條E化致LIT.2.25℃,需壓、0014A7辦值TTφ3:容最や路大出九.藥約なと山案化いたしまま。C法：CL-E

呼

n.港治空遇充驅(qū)6610豎民全證

放監(jiān)才石即的需流值卷1C上建器高溫·真空下飛の充放電#

特性故索容事(mAh農(nóng)

打

容

量

m

A

h00AnodeCurrentCollectorAnodeSeparatorCathodeSilicon

EVCellloidlyteSolidEectrolyteSolldHB

Catholyteno高硅路線

金屬鋰路線

轉(zhuǎn)化反應(yīng)正極路線2021年5月，寶馬和福特領(lǐng)投1.3億美元B輪融資，10月獲得SK

Innovation投資3000萬美元◆

Solid

Power硫化物電池的三條技術(shù)路線

390Wh/kg,930Wh/L1,000+cyce

life!<15min

charge1(10→90%)Solid

Power:硫化物全固態(tài)電池技術(shù)路線圖440Wh/kg,930Wh/L1,000+cycle

life1<20

min

charge1(10→

90

%)560

Wh/kg,785

Wh/L1,000+cycle

life1<30min

charge1(10→

90%)Lithium

Metal

EVCellConversionReaction

CellCathodeCurrentCollectorSolidCatholyteSoidCatholyte13◆

電芯商業(yè)化進程20222Ah0.2

Ah

202020191-Layer,5x10cm

call

10-tayer,sx10cmcell2zLayer,9x20cmCallr

ctui

x

rinucl0on22pectedConsten

EndroduuneCell

PEVClSolid

Power:硫化物全固態(tài)電池開發(fā)現(xiàn)狀A(yù)⑥C2027心種年此n30.2+Ah

Pouch

cell

dataProductionlinebuiltcells-Processiteration1120110080BO6.5MWh/yrprototypepilot

line

·Auto

AandBSamplephases·100MWh/yrpre-production

line·Auto

Cand

D

Samplephases·10GWh/yr

line·Vehidestart

ofproduction目前公司產(chǎn)品處于Pre-A樣品階段，短時間內(nèi)難以規(guī)模量產(chǎn)

1470mPouth

elSeprtrThidn10mirnAna30sceschiDhicsr

RIC?Fe

ninC

cosy

cec

gdeTeperare4AIal

L+1.9Smihkm-4TV◆電芯產(chǎn)能規(guī)劃和成本構(gòu)成的變化趨勢2021.10報道900Materials-Laborcosts=DeprecationWElednrcalyaLand·Transportatione--

siltestingw

w

i

C

心------20Ah

2020celcost

breakdown

(%)velta+

+100Ah2400500200nwrnsQuantumScape:氧化物陶瓷全固態(tài)電池截至2020年6月，大眾集團累計投資3億美元；目前，QS

開發(fā)的4層軟包電池樣品循環(huán)超過1000周

15QuantumScapeSolid-StateBatteryOAnode

free

ManufacuringAnode-free

cell

design

wthlihium

platedduningchargecyces◆電芯路線：基于氧化物陶瓷膜和無負極技術(shù)②Sold-StateSeparatorCeramicelectrolytewith

highdendriteresistance3Luihium-MetalAnodeHigh-rate

cycing

of

a

lithium-metalanodeDischarged(asmanufactured)Lithium-MetalSolid-StateSeparatorEnergyRetention

vs

Cycle

CountCERAMIGsOLID.STATE

SEPARATORMULT

LAYERcEL

PRoTOTVPEChargedsiNGLELAYER

CELL2Solid

Energy

Systems:混和鋰金屬電池2021.11報道的107Ah金屬鋰電池37容是(A-c/10放電

-C/3版電

1C放電◆公司產(chǎn)品和電池性能參數(shù)SESDEVELOPMENTOFANOEM-READYBATTERYSES

Hybrid

Li-Metal

Battery

DesignandSoftwareHelpsto:SlowDown

Dendrite

Growth√DetectSafetyssues

EarlyHigh

ConcentrationSolvent

almost

fuly

coordinatedNofreesolventSES

的電池尚不成熟，可以試應(yīng)用于無人機等小型設(shè)備，但遠遠不能滿足車用鋰電池的要求ResearchDevelopment

&EngineeringPre-Production2013-20162016-Present2022100

Ah30+layersProduction

2023+。3Ah30/31layers!300mAh3/4layers+

SESToday9Ah30/31layers6Ah30/31layers50

Ah20+layersSES田PowerLayersS3S16。航天811所湯衛(wèi)平團隊1000T1/K-1新一代氧化物電解質(zhì)—Li?Zr?Si?

PO121)lonic

conductivity:3.59×10-3S·cm-1(20℃)2)Electronic

conductivity:2.14×10-8S·cm-1(20℃)

3)Electrochemical

window:6VShanghai

InstituteofSpace

Power-SourcesLei

Zhu#,Youwei

Wang#,JunchaoChen#*,Jianjun

Liu*,Liquan

Chen,Weiping

Tang*Sci.Adv.,in

revision.17ACZ/kQ

uH2-0SWPO.YearlonicConductivity/S·cmCD1.Suitability

for

mass

productiona.Low

materialscost>At

50μm

thickness,the

materials

cost

is

only$1.38/m2>Highly

cost-competitive

compared

with

other

solid

electrolytes·

Li?YCl?:

$23.05/m2·

Li?La?Zr?O12:

$12.92/m2·Li?PS?Cl:

$23.24/m2Note:Costsaboveareallevaluatedfor50μmthicknessandthebatchsizeof1

tonpurchasebasedonthepricesfromAlfaAesar.b.Highhumiditytolerance>Neither

the

structure

nor

the

ionic

conductivitychangesatarelative

humidity

of5%.d

300-060Cycle

number新一代低成本鹵素電解質(zhì)

Li?ZrCl?Ccoulomb

icefficiency(%)The

group

designed

anovel

chloride

solid

electrolyte,Li?ZrCl?

,which

simultaneously

achieves

the

following

characteristics:2.High

electrochemical

performancesExcellent

cycling

performances

when

in

direct

contact

witha

39丁0Capacity(mAhg?1)uncoated

LiMno.?Nio.?Coo.?O?singlecrystals.Coulomb

icefn

iciency

(%Capacity(mAh

g1)Cycle

numberb

3.9—VoltageV)Voltage(V)Improved

ionicconductivityofair-stableSulfideSE

torecord-highvalue(3mS/cm)by50combinationsofelementaldoping.

19bC物理所/長三角吳凡團隊Pristine-LSAS(this

work)n

S_hssh

_==04三LI-0.

S三nS.=u.

,SnSb,

S0.4LH-0.6LLSnS.L,SnS/metastable)Lcu,GeB二二e5055

二USnS.U,SmS10°U?SbS10?L

Pristine

TreatedAirstablesulfideelectrolytesSynthoss

inalrPouchcolLSPSCLPSLSSLSASSulfideSEstable

in

100%-humidity,synthesizedby

1-stepgas-phasemethodwithlargeyield一步氣相合成低成本空氣穩(wěn)定的硫化物電解質(zhì)Conventionalmethod:mulistep,time-consuming,high-cost,lowoutput,limitedapplicationlevelHigh-emperatue

Tube

smashingsinlerngandsample

collecianz(2)ournovemeino:onestep,timeeficen,lowcost,argeouipu,wideaplicationTreated-LSAS(this

woNL?SnA

。

uSMaas

wolghing,1atsampleloodingandtansfering2ndsamplo

loadngandtransferingAr-atmeapharo

ball

milingTubesoaling

in

vecuumLab-sca

baaryd102lonicconductivity(S/cm)Z'(kO)u.Sns,gram10310?采用空氣穩(wěn)定的硫化物電解質(zhì)的全固態(tài)電池Specificcapacityc

Specificcapaci/CyclenumberCycle

numberASSLIB

can

cycle

after

exposure

to

humid

air,

with

record-high

cycles

and

capacitySpecificcapacity(mAh/g)b:

e:a:

dSpecificcapacity

(mAh/g)CyclenumberCyclenumber全固態(tài)電池負極側(cè)安全性Temperature(QoTime(min)Time(mir)LAGP:Thermalrunaway

LATP:Thermalrunaway

LLTO:Almost

stable

LLZO:StableThermalrunawaytriggerby

interfacereaction,SE

release_O_andreactwith

LiStep2:Triggering

SE

decompositionSolidElectrolyteoxygengenerationThermalstabilityanalysisfromARC(Li+SSE)Step3:Thermal

runaway界面助燒劑(LiPO?F?)InterfacialreactionMetallicLithiumfor

LATPand

LAGP

when

contacted

with

Lianode!Solidufdl

clcrbreoufolTemperature(c)SolidElectrolyteSolidElectrolyteSamplesoeladlha

pouch

bagMetallic

LithiumhappenMetallicLithiumStep

1:runawayThermalTime(min)Pristine

E21hi全固態(tài)電池正極側(cè)安全性Submitted

xin

Li?CoO?Li+conductor(Normal

operation)

Safetyadditive(Thermal

runaway)Oxygen

release:SOC

dependentAnessentialissueforthermal

runawayDelithiated

LCO(heating)Delithiated

LCO+LLZO(heating)LE:consuming

Lifrom

LCOSE:compensate

Lito

LCOu.Coo?(layered)

一

u.CoO?(spinel)+O?

LLa,Zr?TaO+Li,CoO?→LJLa,Zr?TaO?+LCoO?Phasetransitiononset

temperatureTemperature

(C)xin

Li,CoO,Time(mn)22LI*LiLithiation

of

si,Li+Si→

Li-SiSEILi-SiμSiCu99.9%μSiLithiation

Step采用微米硅負極的全固態(tài)硫化物電池Astableoperationofa99.9weight%microsiliconanodewasdesignedbyusingthe

interface

passivating

propertiesofsulfidesolidelectrolytes.Carbon-free

high-loadingsiliconanodesenabledbysulfidesolidelectrolytesCathodeCarbon

SSEExpansion&

DensificationPassivatingInterfaceSEIFormationL-SiSEIL+SEILi+Li+Li+Li+LiLF+23采用微米硅負極的全固態(tài)硫化物電池5PristineChargedDischargedCu

Foil20pmCu

FoilLi-Si20μmCu

Foil5em

Cusi8μm

CuSisSP5μm5μm8μmABCCapacity/mAh

cm-2CellVoltage/V20μmCu/siSiA1.無機固態(tài)電解質(zhì)及原料尚未量產(chǎn)形成供應(yīng)鏈，應(yīng)用技術(shù)不成熟；2.聚合物電解質(zhì)不能與高電壓正極匹配，室溫電導(dǎo)率低；3.

全固態(tài)電池界面電阻較高，低溫性能差；4.

目前電芯設(shè)計解決不了循環(huán)過程體積變化的影響；測試需要較高外

部壓力；5.目前電極和電芯沒有成熟的規(guī)模量產(chǎn)設(shè)備，還需要時間；6.全固態(tài)電池的BMS與系統(tǒng)集成方案不成熟；7.

全固態(tài)電池的應(yīng)用方案不成熟；8.

全固態(tài)電池全壽命周期安全性測試和評價還不完備；9.

標準體系尚未建立；10.

全固態(tài)電池性價比不清晰

25全固態(tài)電池量產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)混合固液電解質(zhì)電池的開發(fā)思路正負極顆粒表面包覆無機或聚合物固態(tài)電解質(zhì)在隔膜及電極中添加無機或聚合物固態(tài)電解質(zhì)直接引入無機或聚合物固態(tài)電解質(zhì)隔膜層通過化學(xué)反應(yīng)將溶液轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)通過電化學(xué)反應(yīng)將溶液轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)250

Wh/kg

300Wh/kg350Wh/kg400Wh/kg500Wh/kg>600Wh/kg55℃

80℃

150°C

Maxium

Operation

Temp.如何在電芯中引入無機與聚合物固態(tài)電解質(zhì)?LMFPcathodeGel

polymerelectrolyteina

porousfilmseparatorThickness:20μm-LTOanodeLMFP

cathodeIZhybridelectrolytelaveruroanode5um25

wt%

15wt%

10wt%

5

wt%

1wt%O

wt%liquid

in

cellKazuomi

Yoshima,Yasuhiro

Harada,Norio

Takami,Journal

of

Power

Sources

302(2016)283-290LMFP

cathodeLLZ-based

hybridelectrolytewithgel

polymer

electrolyte

thickness:3μmLTO

anodeHybrid

solid-liquid

electrolyteToshiba

solutionGelinterface

3.2wt%liquidLiquid

GelAll

solidlayer正極顆粒表面覆蓋超薄固態(tài)電解質(zhì)層高離子電導(dǎo)率凝膠化界面原位固體電解質(zhì)層生長防鋰枝晶穿刺連續(xù)化負極界面正極晶界及體相摻雜加速顆粒結(jié)構(gòu)演化多層多功能隔膜預(yù)鋰化多尺度低體積膨脹負極結(jié)構(gòu)循環(huán)過程固固接觸正極離子面電阻負極離子面電阻鋰的成核位點析鋰形貌負極電化學(xué)反應(yīng)面積正極熱穩(wěn)定性固態(tài)鋰電池關(guān)鍵問題及綜合解決方案電極體積變化負極熱穩(wěn)定性核心理念：通過注液保持良好的電解質(zhì)與電極材料的物理接觸，之后通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)將液體電解質(zhì)部分或全部轉(zhuǎn)換為高離子電導(dǎo)固體電解質(zhì)

綜合平衡高電壓、安全性、鋰枝晶、體積膨脹、接觸內(nèi)阻等問題的解決

1.Cucollector

2.Composite

Li/C/Si3.lonicconductor4.Separator

5.Gel

interface6.Cathode7.Alfoil2.無機固態(tài)電解質(zhì)涂層(LLZO,LATP等

)pasted

layer+SEI5.固態(tài)電解質(zhì)修飾正極材料

+SE+Li

salt/polymer+CEINCM811,NCA,Li-rich,LNMO,LMO,LFP,

其它1.深度預(yù)鋰化負極+SE+SEIC@Li,C/SiOx@Li,C/nano-Si/C@Li3.聚合物支撐膜(PP,PET)或原位聚合聚合物復(fù)合電解質(zhì)

(Polymer+Li

salt+LLZO)4.多功能涂層PVDF-HFP,PMMALATP、多功能涂層原位固態(tài)化支撐混合固液電解質(zhì)及全固態(tài)電解質(zhì)電池開發(fā)涂炭鋁箔涂層或穿孔銅箔Li,Si

nanoconeE01-IOP

15.0kV

15.1mmx5.00k通過SEI膜添加劑，可以大量形成SEI膜關(guān)鍵是控制SEI膜：

>

離

子

電

導(dǎo)

率>

熱

穩(wěn)

定

性>

厚

度致密度>生長速率>

彈

性Nanoscale,2015,7,

7651-7658原位生長SEI個5miooumSEI物理所納米硅負極材料開發(fā)：基礎(chǔ)研究推動工程技術(shù)進步基礎(chǔ)科學(xué)研究：尺寸效應(yīng)、結(jié)構(gòu)演化、應(yīng)力變化、界面反應(yīng)、包覆效應(yīng)、失效機理、安全性機理、材料設(shè)計IOP-CAS25years

R&Don

nano-Si/Canodes(1996-2020)1997

20042005

2012

2013

2016

2017

2020Shapeevolution3D

structure

ofSEIThe

efect

of

carbon

Failure

analysis

ofCN201710307595.9CN201710350431.4CN201811255742.330

CN201810389278.0Two-phase

lithiation

in

a-Si

growth

mechanismcoatingonSiFirst

paper

Structure

evolution

Nano-Si

AgglomerationZL200410030990.X

ZL200510082822.X

ZL200510083859.4CN201610019389.3

CN201610091068.4

CN201610210383.4Nano-SiFirst

patent●Silcon

●CarbonTianmulake

ExcellentAnode

MaterialCo.,Ltd20112012

2013

2014

2016小)-)

主

一

ZL201210185907.0

ZL201310254609.41999

2000

2006Core/ShellRice-glue-ballSiliconfiberThinfilmPeanutSilicon

NWWalnutHigh

rateSi/CanodeZL97112460.42017

2020CNT/SiBinder。。⑦IOPSILION原位摻雜技術(shù)突破現(xiàn)有技術(shù)門檻，持續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品物理氣相沉積技術(shù)大批量氧化亞硅原納

米

硅

制

備

技

術(shù)材料核心制造技術(shù)

低成本，高首效，大批

量，分散好的納米硅制

備

嚴化

學(xué)

氣

相

沉

積

技

術(shù)均勻，致密的表面

碳層，保證優(yōu)異循環(huán)

性

能輔

助

材

料

技

術(shù)硅

碳

復(fù)

合

技

術(shù)面向?qū)嵱玫慕Y(jié)構(gòu)

設(shè)計，保證材料

的優(yōu)異綜合性能PVD設(shè)備生產(chǎn)基地

SIO

生

產(chǎn)

基

地北

京

(

物

理

所

)失效分

析

平

臺山

東高

首

效SiO

材料生產(chǎn)基地江蘇

·

溧陽研發(fā)中試基地銷

售

基

地Si-CSiOxEV

Car2000噸/年產(chǎn)線(1

.5萬m2)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域3C物理所原

創(chuàng)，持續(xù)研發(fā)25年，掌握核心技術(shù)，完成實驗室

到市場的轉(zhuǎn)化，并已規(guī)模化量產(chǎn)，完成A

輪融資估值5.6億。布局上下游產(chǎn)業(yè)鏈，致力于打造完成硅負極產(chǎn)業(yè)鏈

應(yīng)用領(lǐng)域已覆蓋3C

,

電動工具，

電動汽車等納米硅碳負極材料14000輔助材料生產(chǎn)基地納米硅生產(chǎn)基地；粘接

劑，固態(tài)電解質(zhì)基地公硅負極

材料司個作120oo戶的>

常規(guī)碳包覆氧化亞硅負極克容量1700-1800mAh/g,為現(xiàn)有石墨負極

材料的5倍，首效78%-80%>

主要應(yīng)用于動力電池領(lǐng)域>

實際使用一般復(fù)配石墨到400-600mAh/g引入極片補鋰技術(shù)更易控制體積膨脹、循

環(huán)性、內(nèi)阻、安全性等，可提升應(yīng)用范圍高首效碳包覆氧化亞硅負極>克容量1200-

1400mAh/g,

首效84%-

89%

主要應(yīng)用于3C

和動力電池領(lǐng)域>

納米硅碳復(fù)合負極克容量1300-

1400mAh/g,首效85%-88%主要應(yīng)用于電動工具和動力電池領(lǐng)域

>

實際使用一般復(fù)配石墨到400-450mAh/gSpecificCapacity/mAh/g碳包覆氧化亞硅負極納米硅碳復(fù)合負極納米硅碳負極材料Voltage/V

Voltage/VSpecificCapacity/mAh/gVoltage/V復(fù)合鋰負極---解決倍率和體積膨脹難題超薄金屬鋰帶研發(fā)進展

復(fù)合負極研發(fā)進展已完成：5um鋰復(fù)合氧化亞硅&石墨負極；首效>99%和循環(huán)提升>30%;正開發(fā)：鋰基復(fù)合負極技術(shù)。現(xiàn)狀：個別企業(yè)預(yù)鋰化工藝中試階段。意義：動力電池>300Wh/kg;循環(huán)>1500必備關(guān)鍵技術(shù)。已完成：卷對卷鋰帶：D=3~20um

、

正開發(fā)：300

mm

寬幅技術(shù)。現(xiàn)狀：國內(nèi)鋰帶：D≈50um、L<90mm;國外鋰帶：D<20um、L≤60mm;意義：固態(tài)電池關(guān)鍵負極材料。

預(yù)鋰化核心工藝●

復(fù)合負極可提高固態(tài)電池能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。●

復(fù)合負極制備是下一代400Wh/kg、500Wh/kg

電

池研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。●

超薄金屬鋰可提高固態(tài)電池的體積和質(zhì)量能量密度；●

超薄金屬鋰不僅可用于下一代硅氧碳/石墨負極體系，

還可用于復(fù)合金屬材料的制備。極片補鋰技術(shù)鋰粉補鋰負極材料保護層溶液補鋰金屬鋰粉

金屬鋰穩(wěn)定化金屬鋰粉極片鋰箔補鋰鋰化溶液50μmCu-cross20um超薄金屬鋰箔鋰箔補鋰34Li-crossLATP超薄包覆正極量產(chǎn)技術(shù)(b)Specific

capacity(mAh/g)

Specific

capacity(mAh/g)NumberofcycleLATP

3um

3μm(f3μm

sμm

3pm(a)20nm20nm(b)(c)Li/iquid

electrolyte/LCO(b)5mLi/PEO-LITFSI/LCOspecificcapacity

(mAhlg)Specificcapacity(mAh/g)Lrd)Voltage

(V)Vol

lage

(V)(a)5nm5mmVoltage(V)納米固體電解質(zhì)涂層隔膜納米固態(tài)電解質(zhì)顆粒涂層隔膜，形成連續(xù)離子導(dǎo)電通道有效降低內(nèi)阻，適用于液態(tài)、混合固液及全固態(tài)鋰電池DC

resistance(mg)Capacity

retention(%)Cycle

numberCycle

NumberCycle

numberlmpedanceZ●顆粒完全包覆固態(tài)電

解質(zhì)不利于電子傳導(dǎo)●

在包覆正極顆粒表面原位生長固態(tài)電解質(zhì)>

防止正極表面后續(xù)持

續(xù)的氧化反應(yīng)>

維持連續(xù)的電子和離

子通道Jiaze

Lu,Hong

Li,PatentThinCEI

isformedon

LCOelectrodesurfacewith

littleeffectonmorphologyand

elementdistributionCEI-原位包覆正極100工

80604020C

O

F

AlCoAtomic

percent(%Bare

LCOCEI

LCO60μmBare

LCOCEILCOccolAlCEI保護LCO正極可以顯著提升全固態(tài)聚合物電芯循環(huán)性Jiaze

Lu,Xiqian

Yu,Hong

Li

et

al,EnSM,2020Coulomb

icEmci

ency

(%)DischargeCapacity(mAh/g)Voltage(Vvs

Li/Li)Voltage(Vvs

Li/Li)低膨脹長循環(huán)復(fù)合金屬鋰負極技術(shù)讓固態(tài)電池能量密度更高，全壽命周期體積膨脹更小，

循環(huán)壽命更長新型電池裝備讓固態(tài)電池電芯更容易量產(chǎn)干法電極、預(yù)鋰化、熱復(fù)合、

固態(tài)化化成工藝和裝備低膨脹高容量納米硅碳負極技術(shù)讓固態(tài)電池能量密度更高，

全壽命周期體積膨脹更小，

循環(huán)壽命更長，倍率更好改性集流體技術(shù)讓固態(tài)電池循環(huán)過程中不易

熱失控、更安全、更輕量化原位固態(tài)化技術(shù)解決固固界面問題，讓固態(tài)

電池充放電更快速，更持久，更安全納米固態(tài)電解質(zhì)

量產(chǎn)制備技術(shù)讓固態(tài)電池能在高溫狀態(tài)下

工作，顯著提升電池安全性離子導(dǎo)電膜與固態(tài)電解質(zhì)膜技術(shù)讓固態(tài)電池電極與隔膜之間

界面更穩(wěn)定，離子傳導(dǎo)更快

捷，支持全固態(tài)鋰電池發(fā)展支撐能量密度提升的解決方案：原位固態(tài)化正極表面納米固態(tài)

電解質(zhì)包覆技術(shù)讓固態(tài)電池材料循環(huán)過程中

更穩(wěn)定、充電到更高電壓衛(wèi)藍新能源固態(tài)電池技術(shù)系統(tǒng)解決方案39基于原位固態(tài)化技術(shù)開發(fā)的一系列高比能電池產(chǎn)品高比能混合固液電解質(zhì)電池衛(wèi)藍新能源75

Ah

350

Wh/kg衛(wèi)藍新能源22Ah270

Wh/kg雷衛(wèi)監(jiān)新能源10Ah420

Wh/kg衛(wèi)藍新能源25Ah600Wh/kg衛(wèi)藍新能源40

Ah500

Wh/kg衛(wèi)藍新能源近期開發(fā)目標：基于原位固態(tài)化的高能量密度動力電池開發(fā)2022.12壓、碰撞、熱濫用3C

快充打造先進固態(tài)動力電池產(chǎn)品，支持我國新一代電動汽車發(fā)展高比能單體比能量>350Wh/kg

系統(tǒng)比能量>260

Wh/kg1000公里續(xù)航支持V2G

和充換電

電池超越整車壽命本質(zhì)安全耐受通過過充、針刺、擠10min

提供500

km

續(xù)航NCM905510/C-Si@LiNM9010/C-Si@LiNCM811/C-Si@LiL