陆明博士谈全固态电池：氧化物、硫化物、聚合物哪一种技术路线能胜出？

2020-05-06 09:44 来源: 起点锂电大数据作者: 起点研究

目前，国际巨头都在纷纷布局全固态电池技术，包括英国的迈克阿伦，还有戴森；德国的宝马、大众、奥迪、博世；美国的菲斯克；法国的博洛雷；日本的丰田、本田、东芝、日立；韩国的现代、三星等等。

（来源：公众号“起点锂电大数据”ID:weixin-lddsj 作者：起点研究）

国际巨头纷纷布局全固态电池

陆明博士介绍，其任职的英国Ilika公司于2008年与丰田合作，丰田是固态电池第一梯队企业。丰田早期在2007-2008年的时候，就已经着手全固态电池的研究，当时Ilika公司受丰田委托，开始研发全固态电池电解质。所以Ilika公司从2008年开始，做了丰田的项目已达5-6年的时间，是极早进入全固态电池研发领域的企业。

陆明博士称，大家比较关心国内的情况，中国的固态电池研究也并不落后，且起步也较早，国内的产能非常大，特别是液态电池的产能非常大。Ilika公司与国内非常多车企都有接触，发现国内对固态电池方面跟得比较紧。

据了解，国内的两大巨头，宁德时代与比亚迪都有布局全固态电池，并且投入了非常大的人力与资金。国内市场上最早宣布量产全固态电池的是清陶，清陶宣布量产的产能是0.5GWh。

三大技术路线，谁能胜出？

现在全固态电池主要的技术路线方面，市场公认的可以分为三种，一种是聚合物，一种是硫化物，还一种是氧化物全固态电池。

每一种技术路线都有其优势与劣势。丰田选择是的硫化物路线，Ilika公司选择氧化物路线，法国公司博洛雷选择聚合物路线。

首先说一下丰田公司。丰田是最早进入全固态电池研究的公司。实际上可以把硫系与氧化物做一个比较：化学性能方面，氧化物固态电池的稳定性更高，硫系是比较差的。其它的指标如导电率、界面阻抗等方面，区别并不大。

加工成本方面，硫系加工成本比较高，氧化物方面成本较低。但是从集成方面看，硫系则更容易一些，氧化物则比较弱。

从聚合物看，与硫系及氧化物相比，不占优势。但是比如容易集成方面，还是有一些优势的。但聚合物固态电池的制造成本也是一个劣势。法国博洛雷的固态电池实际上已配套了2000多辆汽车，但是热管理方面无优势。聚合物固态电池要保证电池的温差，对电池的热管理要求高，造成的负担较重，需要花费较高的能量与成本，这增加了聚合物固态电池量产的难度。

市场认为硫系非常好，硫化物固态电池装机后各项指标及示范效果都不错。不过，丰田于2017、2018年的时候宣布三年后量产全固态电池，但实际上目前仍未量产。未量产的主要原因，或者说最大的问题，一方面是硫系的化学稳定性比较差，导致产线需要额外增加非常多的防护措施，设计方面也需要想到更多防护办法，包括封装。

另一方面是电池做好之后，操作过程中，这个电池在使用方面，是非常脆弱的。总的来说，硫系技术非常好，甚至在某种程度上超过氧化物，但是硫系全固态电池的商业化，最大的障碍是成本。

Ilika公司也考虑到这一点，所以选择氧化物技术路线。氧化物也有技术难点，但是氧化物全固态电池的技术难点一旦突破了之后，它在商用、大规模量产方面，成本竞争力就非常强。

当然，现在还无法判断哪种技术路线最终能够胜出。但是通过Ilika公司的具体经验看，陆明博士认为，如果单纯从技术方面去讲，如果是做学术、发文章的话，这是一个方面，但是未来大规模商用、量产的考虑，可能技术占一部分，但不是全部。

全固态电池制造工艺之丝网印刷

氧化物是电导率比较低，Ilika公司通过将中间的电解质做得非常薄，来弥补它的缺点。

据陆明博士介绍，Ilika公司生产的全固态电池采用的工艺，是印刷工艺。现在Ilika公司还在做一些测试，一旦材料和技术上有所突破的话，将来商业化的前景是非常好的。为什么呢？因为Ilika公司采用的是丝网印刷的技术，这个技术与传统的薄膜电池，际上它的工艺路线是大体相当的，它最吸引人的地方是，可以根据丝网的模板印出不同形状的电池，另外的优势是丝网印刷比较容易上量。

当然，丝网印刷也存在一些技术难点，比如如何保证电芯的一致性、如何控制它的呼吸（即充电与放电时的膨胀与收缩）等，这些都是技术难点。但难点一旦解决的话，它的量产成本将呈现直线式下降。

Ilika全固态电池正极

Ilika全固态电池的正极材料，与三元相同，目前采用111，能量密度可达到300Wh/Kg-350 Wh/Kg；今年三季度后将采用811，继续提高能量密度，大概明年6月份可实现400 Wh/Kg；811验证之后，封装将运用新技术，目标是达到480 Wh/Kg；最终的目标是2025年达到550 Wh/Kg这样的要求。这个也是政策的要求。

陆明博士的补充：Ilika的最新动态方面，在三月前，即英国政府宣布居家令以后，Ilika当时举办了一个新股发行的活动，面向股东招股。当时在伦敦进行。原计划是募集800万英磅，但实际上超额认购，达到1500万英磅。这说明在疫情这么严重的情况下，很多经济活动都受到影响的情况下，Ilika仍获超额认购近一倍，这说明市场对全固态电池极其看好。

互动交流环节（节选）

问：Ilika的负极材料是什么？

陆明博士：负极方面，可能很多固态电池用的是锂，但是我们不用锂，原因是锂太活跃了，我们采用的是硅碳组合。

问：可以多介绍一下印刷技术吗？这个技术难度在哪里？是尺寸还是厚度？

陆明博士：简单介绍一下印刷技术。不知道大家对太阳能光伏解有多少。实际上光伏的技术脉络，最开始的时候是单晶硅，即单晶硅切片做成光伏板。但是单晶硅太贵，后来采用了多晶硅。多晶硅的转化效率可能不如单晶硅，但是成本要低一些。但人们还是觉得成本过高，所以采用了丝网印刷，也就是薄膜太阳能。虽然薄膜太阳能的光电转化效率要比前面两种低，但可以非常低成本地量产。这与我们做固态电池的技术路线相似。我们一开始做固态电池的时候，采用的是做到单晶硅片上，但显然，这并不适合应用于电动汽车。所以我们采用的是丝网印刷，直接印正极，印负极。

印刷的过程中要加压、要加温度。这些是难点。

问：全固态电池将首先应用到哪种车型上？

陆明博士：全固态电池最终用于什么车型上，取决于PACK。现在说可能为时尚早。

全固态电池也可以用于其它方面，比如手机与笔记本电脑。

问：全固态电池的生产需要用到哪些新材料？现有材料是造满足氧化物全固态电池的生产？

陆明博士：现有的原材料体系能满足全固态电池的需求。

问：全固态电池将给设备领域带来哪些机会？

陆明博士：全固态电池的工艺方面涉及一些设备，我们公司现在用的是德国的设备。当然，国产设备也有非常大的机会，前提是需要做一些验证。

问：全固态电池如何才能大规模配套新能源汽车？

陆明博士：全固态电池应用于汽车领域，挑战挺大。第一方面性能方面要保证；第二方面是成本需要降下来。按国外的预测，到2025-2030年，电池的成本需要降至100-80美元每瓦时。

关于陆明博士

陆明先生毕业于英国南安普顿大学，获得硕士，博士学位。现任英国Ilika公司的业务发展总监，负责全固态锂电池的业务发展。

陆明博士是美国OSA的正式会员，在铌酸锂的制备研究等方面拥有多项美国专利、欧洲专利及PCT国际专利，在国际学术会议和期刊上发表了二十多篇论文，应邀在多个国际会议、研究机构等发表学术演讲，在准相位二次倍频晶体研究和制备等领域取得了突出的成果。

关于Ilika公司

Ilika（LON：IKA）成立于2004年，是世界领先的固态电池技术开发商和新材料研发企业。2010 年于伦敦证券交易所上市

自2008年起，Ilika与丰田合作开发固态动力电池技术。ilika拥有固态电池核心知识产权。通过IP 授权的方式将其固态电池技术运用在包括新能源汽车和运输、电站、智能建筑、医疗等行业。

自2018年开始，公司全固态电池产业化项目（Goliath项目），是在现有成熟的固态电池基础上，将全固态电池技术产业化，以满足《英国政府新能源汽车2025产业规划》对动力电池的要求。具有体积小，重量轻（是现有的50%），能量密度高（现有的2-3倍），安全可靠，快速充电（10分钟），长寿命等特点（循环5000次以上），已有多家战略合作伙伴参与到该项目中。

Ilika（在过去的10年时间里致力于新材料的研发。其产品应用于包括新能源汽车、航空航天及电子元件等在内的众多领域。同包括丰田，本田，罗尔斯罗伊斯，希捷等世界著名大企业建立了长期合作伙伴关系。