固态锂电池动力应用的开发进展和趋势分析

 摘要浙江锋锂新能源科技有限公司研发的第一代混合固液电解质电池产品，单体容量可达到40Ah以上，能量密度到达235~280Wh/kg，1000次循环后容量保持率大于90%，电池单体具备5C倍率的充放电能力.

目前汽车电动化的趋势已经在全球范围内得到了普遍的认同，特斯拉2020年12月14日市值达到6000亿美元，超过了包括大众、丰田、日产、现代、通用汽车、福特汽车、本田汽车、菲亚特克莱斯勒以及标致等9大汽车制造商的市值总和便是这一趋势最好的佐证。

特斯拉月k线图（美元）

至于电动车取代燃油车的速率，在不考虑政策影响下很大程度上取决于解决目前电动车两个核心问题——续航里程和安全性的进度。

2020年锂离子电池产业化已经进入第30个年头，科学界普遍认为传统锂离子电池性能已接近极限，电池技术将进入一个新的变革周期。固态锂电池近年被越来越广泛的接受为可继承锂离子电池地位的二次电池技术，并有望从根本上同时解决影响电动车续航里程不够和安全性能差这两大核心问题。

备注：锂二次电池根据电解质不同可分为液态锂电池，混合固液电解质锂电池和全固态锂电池三大类。其中全固态锂电池是指：一种使用固体电极及固体电解质隔膜材料，不含有任何液体的锂二次电池。【许晓雄、李泓, 《储能科学与技术》7(2018) 1-5.】

液态&固态锂电池结构图

现在固态锂电池持续升温，美国、日本、中国、欧洲、韩国都在投入且成果不断涌现。随着美国从事固态锂电池研发的初创公司QuantumScape近日宣布将通过特殊收购方式在纽交所上市，近期估值超过200亿美元，更是将固态锂电池的关注度推向了新的高点。

日本丰田日前也公布正在开发使用固态锂电池的汽车，该汽车在同等条件下的续航里程可以明显超过采用传统锂离子电池的汽车，并计划将在2022年后实现固态锂离子电池的商品化。

在国内，赣锋锂业、北京卫蓝、宁德时代、辉能科技、清陶新能源、中科院上海硅酸盐研究所、中科院物理研究所、中科院宁波材料所等在内的企业和科研院所都在积极发力固态锂电池的研究开发，汽车制造企业丰田汽车、奔驰汽车、大众汽车、宝马汽车、通用汽车、一汽、东风、上汽集团都已在大力投入资源支持该方向的发展。

其中赣锋锂业是国内开展固态锂电池相关产业化布局的先行者，据其发布的公告由其专门从事固态锂电池研发生产的浙江锋锂新能源科技有限公司研发的第一代混合固液电解质电池产品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试，单体容量可达到40Ah以上，能量密度到达235~280Wh/kg，1000次循环后容量保持率大于90%，电池单体具备5C倍率的充放电能力，其40Ah固态锂电池产品已定型量产，产品的安全指标和综合性能通过测试达到成熟产品水平。赣锋锂业投资的2亿瓦时固态锂电池产线已于2020年初顺利投产。其研发第二代固态锂电池将发展基于高镍三元正极、含金属锂负极材料的固态锂电池，产品能量密度超过350Wh/kg，目前循环寿命可以达到近400次；研制的能量密度超过420Wh/kg的金属锂负极的固态电芯已在特殊领域开始应用。

在12月19日举行的第六届全国固态锂电池研讨会上，赣锋锂业首席科学家、浙江锋锂新能源科技有限公司总经理许晓雄博士对固态锂电池动力应用发展趋势进行了分析，他指出：

1.日前逐渐进入应用的新一代磷酸铁锂电池——刀片电池，同时基于磷酸铁锂电池的CTP电池包技术，其能量密度比传统铁锂电池提升>20%，还可降低成本。预计未来2-3年内，LFP动力电池市场份额将会提升。

CTP模组图示

备注：CTP技术全称Cell To Pack，即无模组技术，现有两种技术路线，一是彻底取消模组的方案，以类似刀片电池为代表大容量单体动力电池；二是大模组方案，以CTP技术为代表，如图所示。

2.从能量密度等方面看，LFP电池始终有其局限性，电池包达到180Wh/kg应该属于其天花板。刀片电池或CTP属于结构或生产工艺的创新，不管是LFP、三元或将来的新体系，都可以采取CTP技术。

电池包能量密度如果需要大于250Wh/kg，传统三元液态离子电池安全性能达不到要求，通过模组管控会增加成本。那么，低/无钴正极的固态锂电池技术结合CTP技术，可以兼顾解决能密、安全和降本的需求，属于未来动力电池发展的必然趋势。

根据许晓雄博士介绍，浙江锋锂目前拥有固态锂离子电池与固态锂金属电池两代技术，可应用于3C、动力等多个领域。公司的电池通过了多家权威第三方检测机构认证，其优异的电性能与极高的安全性能得到了众多国内外知名企业的认可。实现了从235Wh/kg到420Wh/kg固态锂电池系列产品的开发和生产，产品可通过全面的动力电池安全性能测试要求，尤其是在极端安全表现，比如针刺、过充、挤压、高温冲击等方面表现亮眼，综合这些性能表现和对比现在公开报道各方数据，其技术水准已然达到了国内外领先水平。

浙江锋锂固体电解质材料及产品表

浙江锋锂一、二代固态锂电池产品表

我们应该看到的是，高安全、高能量密度电池是世界动力电池发展的趋势，固态动力锂电池能够很好地兼顾以上需求，是未来动力电池发展的必然选择。然而，固态锂电池的大规模商业化应用才刚刚看到曙光，国内企业在产业化方面已经迈出了坚实的一步，迭代技术研发如火如荼地进行中，让我们拭目以待。