李荐-固态电池开启能源新势力-20240531 (1)(1).pdf

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1、固态电池，开启能源新势力李荐中南大学教授、博导湖南省正源储能材料与器件研究所 所长2024年5月1目录与概况1、新能源产业现状3、固态电池工艺路线2、固态电池的逻辑4、固态电池政策与机遇目录目录Contents2中南大学中南大学正源研究所一、新能源产业发展情况一、新能源产业发展情况3中南大学正源研究所二二、固态、固态电池的逻辑电池的逻辑4中南大学正源研究所安全性方面锂离子电池液态电解液起到输送离子的关键作用，是由酯类有机溶剂、锂盐、添加剂组成，有机溶剂具有易燃性，是电池燃烧的主要原因。解决方法：A 阻燃电解液；B 凝胶电解液；C 固体电解质5二二、固态、固态电池的逻辑电池的逻辑中南大学正源研究

2、所能量密度方面电池能量密度最终由直接干活的正极材料和负极材料决定，其他材料都是帮忙的。电池能量密度天花板为（理论）：只计算正极材料和负极材料克容量及其电池电压，如高镍三元（220mAh/g）、锂（3860mAh/g）、电池电压3.7V，则该体系电池能量密度天花板为：770wh/kg。在正负极材料不变的情况下，增加干活的、减少帮忙的就是提高电池能量密度的方法。锂、硅、无负极是否只有固态电池的能用而液态电池不能用呢？锂枝晶问题？固态电解质长不穿？6二二、固态、固态电池的逻辑电池的逻辑固态电池如何提高能量密度呢？内串：单体电池内部串联可节省外壳、接线柱、极耳、连接片等，约减少20%的重量液体电池不能

3、内串吗？电解液可流动，电解液耐压5-6V 因此不能内串！中南大学正源研究所固态电池固态电池判据判据宏观性能宏观性能方面方面锂离子是以固体电解质的锂离子是以固体电解质的形式实现正负极之间的传导形式实现正负极之间的传导。微观原理微观原理方面方面1 1、安全方面有安全方面有质质的提高；的提高；2 2、能量密度有能量密度有明显明显提高提高（提提高高4040%以上以上，大于大于400400wh/kgwh/kg）;7中南大学正源研究所三、三、固态电池工艺路线固态电池工艺路线1半固态半固态凝胶电池凝胶电池把把固态电解质固态电解质粉末粉末粘到电池隔膜上粘到电池隔膜上，再按液体再按液体电池相同工艺制造电池；电池

4、相同工艺制造电池；电解液一样要用电解液一样要用，电池电池反而更重了反而更重了，成本还上升了成本还上升了。现在市面上的半固现在市面上的半固态或者准固态电池基本都是这种路线态或者准固态电池基本都是这种路线。8中南大学正源研究所三、三、固态电池工艺路线固态电池工艺路线凝胶电池凝胶电池采用胶凝剂使液体电解液形成凝胶采用胶凝剂使液体电解液形成凝胶 ，在凝胶凝固前注入在凝胶凝固前注入到电池到电池中中使使其其凝固凝固，其他其他工艺工艺与与传统液体锂离子传统液体锂离子电池电池基本基本相相同同，安全安全（可燃可燃）性有进步性有进步，但能量密度无提升但能量密度无提升。9中南大学正源研究所三、三、固态电池工艺路线固

5、态电池工艺路线12全固态电池全固态电池全固态锂离子电池完全没有液态电解液全固态锂离子电池完全没有液态电解液，没有隔膜没有隔膜，100100%的全固态电池的全固态电池，电电池可以池可以实现内串实现内串，安全性有安全性有质的提高质的提高，能量密度亦大幅提升能量密度亦大幅提升。我们目前走的就我们目前走的就是这条路线是这条路线。10液态半固态全固态液体含量（wt）25%5-10%0%能量密度200-300Wh/kg200-350Wh/kg300-500Wh/kg电解质有机溶剂+锂盐复合电解质（氧化物+聚合物+浸润液体）硫化物、氧化物、聚合物隔膜传统隔膜隔膜+氧化物涂覆无隔膜正极三元/铁锂/镍锰氧/富锂

6、锰基三元/铁锂/镍锰氧/富锂锰基三元/铁锂/镍锰氧/富锂锰基负极石墨、硅、锂石墨、硅、锂石墨、硅、锂液态/半固态/全固态电池对比中南大学正源研究所固态固态电池电池主要主要技术技术路线路线我们技术路线：全固态（湖南长固公司）11中南大学正源研究所固态电池固态电池难点难点固态固态点接触，界面电阻高，千军万马过独木桥，导致电池内阻大固相界面问题是固态电池的核心难点固相界面问题是固态电池的核心难点12液液态态中南大学正源研究所我们的固态电池方案我们的固态电池方案多多层纳米成膜技术层纳米成膜技术正极材料和固态电解质为面接面接触触 接触电阻低接触电阻低 稳定性好稳定性好 接触面积大接触面积大 真正全固态真