2024泰达论坛 | 俞会根：固态电池产业化探索及未来展望

由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办，天津经济技术开发区管理委员会特别支持，日本汽车工业协会、德国汽车工业协会、中国汽车动力电池产业创新联盟、新能源汽车国家大数据联盟联合协办的第二十届中国汽车产业发展（泰达）国际论坛（以下简称“泰达汽车论坛”）于2024年8月29日至9月1日在天津滨海新区举办。本届论坛以“风雨同舟二十载 携手并肩向未来”为年度主题，邀请重磅嘉宾展开深入研讨。

在8月30日“生态专场一：固态电池技术发展与产业化挑战”中，北京卫蓝新能源科技有限公司董事长兼总经理俞会根发表了题为“固态电池产业化探索及未来展望”的演讲。

北京卫蓝新能源科技有限公司董事长兼总经理  俞会根

以下为演讲实录：

尊敬的杨院士、董扬董事长、许总，各位专家：

大家上午好！

我是卫蓝新能源的俞会根，今天我分享的主题是《固态电池产业化探索及未来的展望》。

我的报告主要分成三个部分：

一、固态电池发展现状及挑战

目前，针对锂离子电池而言，固态电池有六类，包括固态锂离子电池、以及从液态到混合固液再到全固态的不同类型。明确分类有助于后续工作的开展。

从能量密度的角度上来讲，固态电池可以极高，但是对于企业内部来讲，做固态电池我们一定要做一个安全的、成本可控高能量密度电池。如果不安全，固态电池就没有意义，如果成本不可控，固态电池也没有人用得起，所以在这个维度来讲，我们一定要突破传统液态电池能量密度的瓶颈。当然，安全也非常重要，固态电池把里面的液态电解液换成了固态电解质，它的安全性看起来可以提高，但是其实不是那么简单的一件事，这里面还会涉及到其他很多方面的内容。既然固态电池看起来比液态电池要安全得多，我们需要做的工作就是要把里面最容易着的液态电解液换成固态电解质，有望可以实现高安全、高比能、长寿命、高倍率、宽温度等这些优点。因为有这么多的优点，所以全球范围内很多人都做这个事。目前，主要还是聚焦在中国、韩国、日本，欧洲和美国也都在做，但他们的进度和中日韩比起来应该还是有些差距。欧洲和美国也有参与，但进度相对滞后，美国的初创公司大多处于实验室阶段。既然全球范围内固态电池有这么多的企业都在做，刚才两位都做了介绍，固态电池大概分为几种：一个是聚合物，一个是薄膜，一个是硫化物，一个是氧化物。针对这几种，其实都有它的优点和缺点，目前看起来任何一种固态电池好像看起来都不是太完美。

聚合物的全固态电池实际上在2011年法国就已实现量产，当时有4000辆车在路上持续行驶。聚合物电池的优点颇为显著，能够制造大容量电池且成本低廉。然而，它的缺点也显而易见，工作温度较高，需在60度以上，这可能导致能量密度难以提升，原因在于电力窗口的限制。

薄膜电池主要依赖于真空镀膜的技术，所以这个电池更做不大，一般都是毫安时，或者是微安时这个级别。目前来看，将其用作汽车动力电池和储能电池几乎不可能，而用于制作小型的人体植入式医疗电池则相对比较合适。

为何硫化物电池在全球范围内，尤其是在中国备受关注呢？我认为主要有以下几个原因：

首先，硫化物的电导率相较于现有的电池更为优秀。在硫化物电池的推进过程中，有几点需要特别关注。

其一，制造成本问题。倘若所有制造过程都需在零下50、60度的环境中进行，这将对成本产生较大影响，而其中硫化物固态电解质本身的成本是最大的问题，必须设法降低成本。

其二，针对硫化物固态电解质的问题。之前提及的 500 兆帕或 600 兆帕的等静压问题，若能解决此问题，硫化物电池的发展将能够大步迈进。

其三，硫化物本身的环境友好性问题。在 2020 年日本奥运会期间，如果硫化物车遭到破坏并被点燃，将会引发何种后果？由此可见，环境友好性确实是一个较为重要的考量因素。

其四，针对日立造船我们也一直关注，当下它其实在 1 安时以下小电池这个级别已经批量生产，也有销售了。他们目前的计划是，希望能在 5 安时这个级别实现硫化物的全固态，所以，从这个维度来讲，硫化物要想把面积做大、做厚、叠层做多也是一个比较大的问题。

此外，固态电池虽有诸多好处，但挑战也不少，最大的挑战就是界面。不管是硫化物、氧化物，还是聚合物，界面接触问题都非常严重。如果界面接触问题解决不好，全固态电池有可能一时的性能指标良好，但长期的性能指标和循环寿命指标会欠佳。2016 年，中科院物理所团队提出了原位固态化技术，通过对正极、负极、膜表面进行官能团修饰并加入原位反应材料，使反应在原子尺度和分子尺度上进行，从而解决界面问题，确保电池充放电和膨胀收缩过程中联动。

二、卫蓝固态电池产业化的进展

公司致力于研制混合固液电池，该技术与原位固态技术紧密相关。若完全采用原位固态化，部分指标可能无法满足需求，而加入少量液态物质后，这些指标可得到优化，这主要归因于界面问题和固固接触问题。混合固液电池在国内能够兴起，与它成功解决了界面问题密切相关。例如，在活性材料表面进行包覆，在隔膜或者电极中导入特定物质，或者将液态电解质转化为固态。基于这些工作，混合固液电池能够与现有的工艺和装备相兼容。如此一来，我们在整体推进过程中，无论是在设备开发还是工艺开发方面，都将具备一定的优势。

基于原位固态化技术，我们同步研发了一系列核心技术，包括固态电解质拆混技术、固态电解质包覆技术、固态电解质涂层技术、超薄金属锂制备技术以及高精度负极预锂化技术。正如方才金总所提及的超薄金属锂技术，我们不仅掌握该技术，还拥有相应的装备与产品。倘若各位对此感兴趣，我们可在稍后进行深入交流探讨。基于原位固态化技术，我们对现有产线进行了全面梳理。大家可以看到，我标注为红色的部分，即为原位固态化与现有液态电池生产线工艺的区别之处。这三个区别点的差异并非显著。其一，在均浆过程中需要进行预混操作；其二，在预锂化环节需增添一道工序；其三，在原位固态化过程中存在一些细微差别。正因如此，对于现有的液态电池工艺，我们在原位固态化过程中基本能够全面介入。基于此，我们公司已申请了五百余件专利，其中发明专利达四百多件。在海外专利布局方面，我们也申请了三十多件，目前已获得授权的有二百多件。

从整个固态电池的推进过程来看，如果我们仅仅是有了完善的构想却没有产业链的支撑，那么我们的产业是难以发展起来的。因此，针对未来的发展，我们在整个产业链上进行了全面布局，涵盖正极材料、负极材料、膜材料、电解质材料以及超薄金属锂材料等。只有这样，我们才有可能在全固态电池领域和混合固液电池领域将构想转化为产品，并且是扎实可靠的产品。以下是我们的产品矩阵：

首先是低空经济电池。在初始阶段，如果直接投入做大容量的汽车动力电池，其串并联的数量众多，而在产量尚未提升之时，电池的一致性相对欠佳。所以我们先从无人机等低空经济领域的电池入手，这类电池的容量相对较小，串并联的数量也较少，因此对一致性的要求相对较低。

其次是储能电池。当前，储能电池无疑是一个极具发展潜力的方向。就目前而言，储能电池主要以磷酸铁锂为主，但随着其容量越做越大，安全性问题也日益凸显。所以，磷酸铁锂储能电池的固态化是必然的发展趋势。

最后是汽车电池。目前我们有两种类型，分别是软包电池和圆柱电池。以汽车动力电池为例，李斌总曾驾驶装配有我们电池的车辆从上海到厦门，一次充电行驶了 1044 公里，剩余电量为 3%，并且是在冬天。这款汽车动力电池的能量密度为 360 瓦时每公斤。我们的 280 安时储能电池也已实现规模化量产。从目前来看，这款电池在安全性方面比液态电池有很大提升。

我们还有一款 45 安时的软包磷酸铁锂储能电池。当时，一位军方领导考虑将其放置在有人员活动的雪下环境中，因此对该电池的安全性要求极高。我们对其进行了大量测试，大家可以看到，在针刺、挤压、枪击等测试中表现良好，但模组挤压测试未能通过。

固态电池虽有诸多优点，但也存在不少令人焦虑之处：

其一，当下有人对混合固液电池的必要性存疑。实际上，万钢主席莅临我们公司后，给予了我们极具启发性的观点。他认为从混合固液电池到全固态电池，这是一个非常必要的台阶，如同一个梯子。如果一步跨越到全固态电池或许可行，但会极为艰难，有这样一个过渡的梯子则会好很多。

其二，国家政策支持方面。正如前面几位专家所讲，国家的支持对于固态电池的发展极有帮助。例如，就固态电池而言，从极致制造到极简制造，目前看来是非常有可能的。

在社会中，很多朋友向我询问固态电池未来的成本问题，网络上也有不少人质疑固态电池将来究竟是便宜还是昂贵。在此，我大概罗列了一些观点，以便与大家简单探讨一下。

首先，在实现全固态电池后，由于只有锂离子从正极跑到负极、再从负极跑到正极，所以原则上对于正极材料而言，我们只需其具备耐氧化性能即可。以往对于正极材料，我们希望其既耐氧化又耐还原，而现在对于正极材料，特别是碳酸锂材料，依靠高电压就能够满足需求，纯度不再要求必须达到 99.99%，有可能 95% 便已足够。若如此，基于材料方面我们就能够实现降本，我认为这是可行的。

其次，从工艺降本角度来看，如果我们取消干法电极、干法预锂化和老化等工序，一方面通用成本会降低，另一方面在生产制造过程中会大幅度降低电费。因为我们在正极表面已经形成了 CEI，在负极表面已经形成了 SEI，原则上化成的过程可以取消。

再者，性能的提升能够降低全生命周期的度电成本。

最后，系统减重和系统简化也能带来降本。例如，现在整个电池系统一般在夏天需要配备空调，冬天需要 “穿棉袄”，而在固态电池应用后，只需给它 “穿上羽绒服” 即可，无论冬夏都能让其自成一个体系。整个电池的设计也能够实现降本。基于整个能量幅度的提升以及对整车的减重，对于汽车制造行业来说，轻量化是永恒的主题。因此，如果我们提升了电池的能量密度，那么对于电池的减重必然会有帮助。

三、固态电池未来的展望。

对于整个固态电池，我们给自己提出了一个要求，我们认为在 2027 年以前，全固态电池能够实现规模化量产，按照我们的计划应该是可以实现的。同时，我们给自己设定了一个目标，希望到 2030 年的时候，把全固态电池的销售价格控制在 5 毛钱以下，目前看来还是有机会实现的。

固态电池未来必将成为电化学储能技术发展的核心趋势。混合固液电池将率先实现量产，全固态电池也会紧随其后。混合固液电池大多聚焦于氧化物和聚合物层级。而全固态电池的技术路线目前仍有多种，包括氧化物、聚合物复合，以及硫化物和其他类型。固态电池将从差异化竞争逐步扩大应用范围，我们认为这是大致的发展趋势。

我的报告到此结束，谢谢大家！