7月7日，2021中国国际锂电产业大会（简称金砖锂电论坛）在上海汽车会展中心顺利召开。本届金砖锂电会议为期两天，主题为以“新技术、新应用、新发展”为主题，采用“会议论坛+展览展示+体验营销”三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。
　　
　　中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任-温兆银出席论坛并发表主题演讲——《固态化电池及其关键技术》
　　
　　　　
　　以下为演讲实录：
　　
　　谢谢汤院士的介绍，刚刚张院士一大堆书，还组织一个非常高影响的期刊，可喜可贺。
　　
　　我介绍一下《固态化电池及其关键技术》，确实固态电池发展到现在，大家已经从最早的固态电池，到现在的固态化电池，对它认识更深、更实际，所以今天我取的题目更实际。首先看看锂离子电池发展的问题，甚至铝合电池做实验中间也会发现安全问题，关键是最近磷酸铁锂的体系同样会发生问题，改变了大家过去认为磷酸铁锂始终非常安全，都情不自禁，甚至有很多是剩余的容量都堆成了大容量的储能电站，最后发生安全问题。
　　
　　即便是大家认为没有安全问题的，同样会发生非常严重的安全事故。现在大家都在追求高能量密度，这也是有它的实际意义，重点是针对包，特别是动力方面对它的需求，所以各个国家对它的规划，从现在的200瓦时/公斤发展到未来用锂金属做负极，要把500瓦时/公斤作为目标。
　　
　　刚才张院士已经介绍了电池体系，他所能期待的能量密度。
　　
　　我本人从做研究生开始，就研究固体电解质和固体电解质电池，固体电解质电池的范畴非常广，真正的固体电解质电池应该是用完全的没有任何液体的固态电解质体系，所以最经典的应该是用陶瓷或者是干聚合物作为电解质的电池。
　　
　　真正用陶瓷作为电解质的电池，实际上发展的历史已经很长了，上面这一排电池，左边钠硫电池从1968年到现在已经发展了几十年的历史，而且从最早的动力示范，到后来大规模的储能应用，现在全球真正用陶瓷电解质作为储能应用的电站已经超过250座兆瓦级的规模。
　　
　　如果到了锂离子电池，因为锂离子电池有个特殊的电池体系，从有机液态电解质到固态电极材料，形成了具备高功率密度和高能量密度兼具的体系，和陶瓷电解质在设计上有很大的不同。
　　
　　正因为安全的隐患，所以大家对固态锂电池怀有非常大的研发热情。但是真正要让一个固体电解质在锂电池中间实现全固态化，困难非常大，没有办法在想象中，类似上面的电池，用陶瓷做电解质，但是用液态的电极形成固液界面，所以要把现代锂离子电池固液界面消除掉，形成全固态的电池，这个技术难度非常大，所以真正的全固态电池离真正的应用还比较远。
　　
　　尽管微型的电池取得应用，但是真正要形成一定的容量，全固态电池比较困难，所以大家把它规划了很多混合的固态、固液或者半固态等等，形成这样的概念，我觉得这样的概念都是向全固态电池发展的过程中，大家一些权宜之计。
　　
　　但是这些权宜之计可能很有实用价值，真正的固态电池实现还是非常有价值的，首先它的安全性得到了解决，再就是可以实现它的高能量密度。
　　
　　过去大家一直认为固体电解质的比重比液体电解质大，大家认为固态电池能量密度难以提升。实际上如果实现了固态电解质的薄膜化，这个时候电池的电解质比重就会大幅度下降，这个时候可以实现包括像锂硫电池高容量密度的电极材料，还有包括三元体系，都可以设计达到500瓦时/公斤以上的能量密度。
　　
　　固体电解质电池还有一个优势，当它形成系统的时候，它所能实现的安全性比现有的锂离子
　　
　　电池大幅度提升，这个时候我们的系统集成会有很大的优势，所形成的系统达到了能量密度，比现在
　　
　　的锂离子电池要高出很多。
　　
　　我们看这张表就是是真正固体电解质电池和锂离子电池形成系统以后的能量密度差异，所以固体电解质电池实际还是非常有优势，但现在锂离子电池也通过各种技术提升安全性，包括像刀片电池等等，还有冷却技术。
　　
　　我想这张大家都比较清楚，但是总体来说真正能够具有实用化的固态电池，现在真正的全固态基本上还没有，特别是国内各家都采用混合液态或者是混合电解质体系。
　　
　　总体来说，它在一定程度上提高了过去锂离子电池的安全性。
　　
　　让锂离子电池全固态化，要解决非常多的问题，从电极到电解质、到界面，还包括整个电池要形成全固态，它还有很多其他辅助的部件和固态电解质、电解质都是固固的界面，这些固固界面的组合都需要非常特殊的技术，所以要把真正的固态电池走到最后实际应用，需要解决大量的问题。
　　
　　固态电池中最核心还是固体电解质，到底什么固体电解质能实现最后的应用？我本人比较看好氧化物体系的体电解质，这样的电解质体系结合未来的技术、结合电池设计，它所能实现的机械性能、稳定性，要高于其他的电解质。
　　
　　但是我们知道氧化物电解质问题是置备温度比较高，往往致密化比较困难，怎么实现致密化？而且无机氧化物电解质通常比较刚性。我们做了一个实验，这样刚性的电解质和有一定刚性的电极之间，实际上所能承受的流非常有限，所以它的极限电流密度比较低，可以低到只有零点几个毫安。刚才说的陶瓷电解质电池，当电极是熔融态的时候，能实现每个平方厘米有200-300毫安每平方厘米的电流密度，所以看看真正的全固态，目前实现的电流密度是零点几个毫安，所以实际意义比较小。
　　
　　如果做一个实验，给电极做一些柔性化或者可梳性（音）的改性，我们看看电流密度可以呈数量级增长，所以可梳性的修饰也是现在研究很多的，确实能起到很好的作用。
　　
　　无机的电解质往往含有很多缺陷，特别是低的致密性，如果中间还有很多孔洞等等，这个时候这样的电解质也不能承受大的电流密度。
　　
　　这是不同密度的陶瓷，它能承受的电力密度，也有很大的差异，越是致密的陶瓷，它越能承受大电流，所以固态电池越具有高的功率密度。
　　
　　固体电解质还有个问题，一旦固体电解质中间的缺陷发生了联通，这个时候正负极发生短路，在局部会产生热，甚至产生大量的热，这个就是固体电解质电池曾经发生的安全事故，同样它也会燃烧，甚至这里一个兆瓦、一个兆瓦的储能系统都被烧毁。
　　
　　但是这个中间达到很高的温度，随着反应速率受控制，温度会逐渐平衡。如果这个时候固体电解质能够保持一定的强度，这个时候温度就不会过热，这是热平衡的过程，所以固体电解质电池总体来说本质安全性要超过有机液体。
　　
　　但是因为机械性能受限，它也会造成短路的可能性，所以我们在做电池设计的时候，会有很多特殊的机构，主要是限制它短时间的快速反应。
　　
　　这是一个典型的陶瓷电解质电池，我们所做的安全措施，从材料到电池结构、到最后的模块，我们都会有一系列的安全保障。这里最典型的就是给电池进行填沙，锂离子电池中间，如果是动力电池很难做到，如果在储
　　
　　能系统里大容量，这个时候拿再多的救火技术都跟不上，如果给它做一些模块的设计，这个时候电池
　　
　　安全性就会得到大幅的提高。在这之前，我们都期望用真正的陶瓷，像前面的钠硫电池一样置备成陶瓷的锂电池，正因为固固界面使电池电流特性或者功率特性非常低下，所以我们不得不研究一些复合的电解质体系。
　　
　　我们置备复合电解质体系，或者在固态电池中间采用的混合的也好，或者固液组合的体系，大家都采用很多技术，其中一个是复合。
　　
　　我们采用无机的固体电解质引发有机体系聚合，我们采用的PPDF体系（音），在LZY16时电解质的引发下面聚合。
　　
　　我们看一下比较高致密度的复合电解质体系，因为有无机电解质的存在，而且比较高含量的体系，我们来看看它的耐火性能得到了显著的提升，我们在580多度的火上烧也不会燃烧，而且电池的界面可以间稳定运行。
　　
　　另外我们对界面做了很多改进，在座如果做锂离子电池研究，改性都做得很热。刚才张院士说他
　　
　　可以把颜值做得很高，但是有没有用不一定，但是确实大家的文章里都说起到了有效的作用。我们这个也是代表性的工作，对16时的陶瓷电解质做一个双向化合物的修饰，就是做氯化锂和氟化锂的共修饰，氟化锂在锂离子电池中间是非常好的SEI膜的组分。
　　
　　氯化锂为什么要形成共修饰？氯化锂在电解质体系中间可以溶解，形成有微孔的氟化锂修饰层，微孔电解质层可以很好地认识性能。
　　
　　这样的修饰最后形成的效果，我们和文献里的结果比，临界电流密度可以得到显著的提高，60度可以达到5.5，室温下达到2.0，这个在文献里都是很难达到的。
　　
　　另外就是无机电解质和有机电解质要复合，取决于体系。很多时候，无机体系和有机体系界面相容性比较差，或者尽管复合了以后，无机体系会团絮，这个时候采用一个技术路线，对无机电解质进
　　
　　行表面修饰。
　　
　　我们做一个所谓的分子刷表面修饰，用具有比电环和TFSI阴离子进行分子刷的接枝，通过红外图和XPS可以看到，有机分子成功地接枝到16时粉体表面，而且可以比较均匀地进行接枝。我们还期望形成无机、有机的界面，能够有很好的锂子导电性，我们通过固态核磁共振，印证界面比本体还具有很高的锂离子迁移率。我们用复合电解质、接枝的无机体系作为填料，置备复合电解质体系，得到的磷酸铁锂和锂硫电池都可以实现一定寿命的稳定循环。
　　
　　大家知道锂硫电池的循环寿命比较困难，但是经过无机体系复合的体系，我们可以获得比较好的循环。
　　
　　这是实验室研制的各种固态电池，不同的容量，主要以磷酸铁锂和三元体系为主的正极体系，这
　　
　　样的电池在小平台上置备的小量电池，可以实现2000-3000次稳定的循环，这样的固态电池为真正让固态电池进一步向应用推广也奠定了基础。
　　
　　最后简单介绍一下，因为“十三五”马上要介绍了，在“十三五”期间牵头承担了一项固态电池作为储能应用的国家重点研发计划，经过五年的研究，我们取得了一定的进展，应该说这些进展对后续的技术朝前推动建立非常好的基础。
　　
　　这个项目中，包括汤主席，包括卫蓝、国家电网等等，一共有18家单位参与这个项目。到目前为止，项目取得了非常坚实的成果，我们一共有2个企业把固态电池或者准固态电池推向了示范产业，一个是卫蓝、一个是赣锋锂业，形成了一定规模的量化置备。
　　
　　至少在国内没有率先实现固态电池在储能上的示范应用，我们分别建立了功率型和能量型的储能系统，目前在健康的稳定运行。
　　
　　总结：
　　
　　固态电池现在在全球化学电源领域是非常重要的方向，甚至成了主旋律。我想固态电池还有很多工作要做，刚才那张图针对全固态电池，从电池的材料、界面，甚至到电池组装等等，都有很多特有的技术，需要我们进行攻关。
　　
　　固态电池从本质上来说，它是可以达到高安全性，同时还可以实现高的能量密度。经过大家未来的努力，我们会不断向着高性能的固态电池越来越近。
　　
　　也许在座比较多的涉及锂电池、钠的电池，还有一种固体电解质电池甚至被认为是未来最终目标的电池技术，那就是陶瓷电解质的燃料电池。陶瓷电解质燃料电池在作为发电、电解水制氢都是大家未来追求的，也可能是最终的电解水技术，同样也是固体电解质电池。
　　
　　编辑：Harris