全固态电池的战略需求与发展趋势

红旗新能源红旗新能源全固态电池战略需求与发展趋势CIBF2024第十六届重庆国际电池技术交流会先进电池前沿技术研讨会2024年4月28日红旗红旗录 一行业背景 二全固态电池战略需求三全固态电池发展趋势 四全固态电池产业化途径 五一汽开发进展与成果 六总结与展望中国一汽红HDNCCI■动力电池是新能源汽车的核心零部件之一，其性能与成本直接影响新能源汽车用户体验资源稀缺，污染排放资源稀缺，污染排放●新能源汽车代表未来出行方向，为环保和能源可持续发展做出贡献动力电池成本占比动力电池成本占比●新能源汽车中三电的成本占整车成本的60%以上，动力电池占整车成本的40%以上电翼动零部件电控，10%L电机，12%用户体验用户体验●动力电池的性能直接影响新能源汽车动力性、经济性、续驶里程以及安全性等关键性能·续驶里程·行驶中起火碰量后起火充电中起火静止中起火涉水中起火维修中起火中国一汽■液态电池逐渐达到理论上限，难以同时解决能量密度和安全性能提升的需要；新型电池体系的创新变得日益紧迫■全固态电池采用固态电解质取代液态电解液及有机隔膜，使高能量正负极材料应用在理论上成为可能电池发展趋势电池发展趋势电芯技术发展趋势离比能soWveg320Wg400WMkg固态电池270Wh/kg220WMg240WMg200Wg低成本动力电池热失控机理及流程图ET₂化R市长隔阻培化程与电解旅反R□350WVg250WMgB快充全固态电池是未来趋势全固态电池是未来趋势多孔口服没o电解质S扫描全能王二、全固态电池战略需求I-ONGCIFAWGROUPI-ONGCI■全固态电池可满足市场对电池产品性能提升的需求，是解决电动汽车用户痛点的必然需求液态电池示意图DiachargoChargeAqueouselectrolyteDiachargoChargeAqueouselectrolyteelctnailyte高镍硅碳理论上限~400Wh/kg高镍当前水平~300Wh/kg液态电池：全固态电池示意图固态电池具有更高潜力锂金属>500Wh/kg高镍~320Wh/kg全固态电池：若技术实现突破，电池的理想状态：·工作温度区间：-40~120℃C二、全固态电池战略需求中国一汽1-1DNGC1■与传统液态电池相比，全固态电池在关键材料、电芯体系、甚至离子输运机理等层面均提出了新机遇和新挑战液态电池全固态电池正极磷酸铁锂、三元材料高镍三元、富锂锰基液态电池全固态电池正极磷酸铁锂、三元材料高镍三元、富锂锰基负极石墨、硅碳、硅氧硅基、锂金属电解质有机溶剂(EC、PC、DMC等)锂盐(LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI等)添加剂(VC、PS、FEC、DTD等)聚合物电解质(PEO、PAN等)氧化物电解质(LLZO、LLZTO等)硫化物电解质(LGPS、LPSC等)隔膜聚乙烯、聚丙烯固态电解质膜液态电池全固态电池界面结构锂离子传输形式“固-液”(固液界面传输)“固-固”(固固界面传输)企业技术创新战略比亚迪□比亚迪“刀片电池”√成本低，成组效率高；√重量轻，体积利用率高；特斯拉T口特斯拉“圆柱电芯、全极耳技术”√能量密度高；√内阻低，高倍率充放电产热低；习cTP亡白立效女言拾配CIC万案，生产效率高。大众√√√√结构标准化，技术迭代进程快；能量单元模块化，成本低；一汽口一汽“全固态电芯”√能量密度高，工作温度范围广；√无有机电解液渗漏，安全性高；稳定性高，环境友好。S扫描全能王中国一汽FAWGROUP■目前国外高校研究所及企业均在布局全固态电池技术，丰田已发布全固态电池专利三干余项，并宣布2027年落地应用国内固态电池相关政策开始全固态电池研发，因其量产难度太大国内固态电池相关政策开始全固态电池研发，因其量产难度太大并未推厂研发出能量密度400Wh/L的固态电池与松下合资成立案星能源，搭载丰田全固态电池概念车与Ilika达成合作，共同进行固态电解质材料的研发与松下达成战路合作，联合研发车辱方型固态电池与出光兴产达成协议，合作量产全固态电有重大进展!丰田宙布2027年前推出固态电池汽车58.B现王05.日本《T企本出只车e正(I6.PR电边5互电2(A领近何田大河具，有望2028年UIRTU安上H用.IUP程臣K竹B之了H.目i功年电uC10:0分D左石.丰四ifF2026年开始JX下ti九午交公BntL3.2027年2AM出安nB片BB台{年份政策国务院《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》:加快固态动力电池技术研发与产业化链最关健的动力电池，前瞻部署全固态金属锂电池等前沿技术工信部等六部门《关于推动能源电子产业发展的指导意见》:加快研发固态电池国家发改委：支持龙头企业联合行业优势力量，推动固态电池等新型储能关键技术突破韩围日本企三星soi日本0B立道0联便电之材开价研R中心空马.大众研R中心Seo中国中国宁鱼时代法八文长安广中R飘R平所主爱企业预期泛量丰田/2027年大众2028年玛比Y迪/2027年2027年9G时代400Wh/kg2027年三足SDI2028年2028年中四一2027年2027年■因采用固态电解质取代液态电解液，在全固态电池产业化落地前仍需解决材料稳定性、固固界面适配、电芯制成工艺及应用环境优化等诸多问题固态锂离子电池固态锂离子电池全固态电池特点·电化学不稳定电芯制成：·工艺成熟度低全固态电池机理全固态电池现有问题三、全固态电池发展趋势中国一汽FAWGROUPDnnRHBa离子电导率还原定性设备集成化化学稳定性设备集成化加工成本体稳定性加工成本机械性能离子电导率电子电导率设备集成化加工成本还原稳定性君稳定性卤化物氧化物离子电导率岛子电导率加工成本还原稳定性还原稳定性设备集成化化学稳定性氧化稳定性化学稳定性氧化稳定性热稳定性机械性能材料氧化物硫化物聚合物卤化物优势易加工问题加工性差中国一汽红旗新能源三、全固态电池发展趋势三、全固态电池发展趋势■硫化锂等原材料是制备固态电解质的关键核心，急需突破高纯度、粒径均一硫化锂制备技术破复合型电解质材料制备技术硫化物电解质原材料硫化物电解质原材料切住风臂块四方分向颗粒较大，不利于固态电解质的量产硫化物电解质硫化物电解质率仍然较低1coCoC6oLtoL1UU4O35●固态电解质材料易与空气中的水分发生反应，导致材料分解ddAOVBectrocheezlstubtysinN5YLiCoO:LICoo₂LiCoO:●界面反应副产物导致界面高电阻D1·21V04.1nYU,re.o,ro,●电解质与电极易发生氧化还原分解，导致充放电窗口较窄CS扫描全能王FAWGROUP1-DNGOI三、全固态电池发展趋势中国一汽红FAWGROUP1-DNGOI■为满足能量密度需求，各企业均选择三元材料为固态电池正极材料高低等指标正极三元三元三元三元三元三元三元三元三元三元三元三元负极硅基/锂金属硅基硅基/锂金属石墨/硅硅基无锂负极硅基硅基锂金属石墨硅基石墨硅基硅基锂金属银碳电解质硫化物聚合物/氧化物/硫化物卤化物硫化物硫化物氧化物/硫化物硫化物聚合物硫化物硫化物/卤化物硫化物硫化物1S扫描全能王三、全固态电池发展趋势HDNGCI三、全固态电池发展趋势HDNGCI3.2技术路线分析——正负极材料■正负极材料是提升全固态电池能量密度的关键因素，正极材料在高电压下电化学稳定性较差，负极材料在充放电过程中体积膨胀收缩率较高和锂枝晶生长导致电池短路是目前主要技术问题■材料在晶体结构、化学成分、形貌等方面的创新与电极骨架网络和缓冲层设计是主要的技术攻关方向攻关方向正负极材料问题攻关方向LianodeAg-CLPSCI散效率低●构建三维骨架结构和负极界面缓冲层可有效抑制材料体积膨胀和锂枝晶生长三、全固态电池发展趋势中国一汽1-DNGCI低、超薄电解质膜开发难、正极-硫化物体系热失控等问题工艺装备仍不成熟工艺装备仍不成熟电芯设计@包重层电解质集流体YMr心Ct4Idavaw二t○00KA.scso活性物质活性物质图态电躬质黏结剂正极等静压非导电剂负极实验室级小批置生产LFre÷stindinguhemi11.Cathode4upprtedschtn2s⁴mbyLDtnli●工艺尽可能兼容现有技术，针对全固态电池特性加入”等静压”等特殊工序●●工艺尽可能兼容现有技术，针对全固态电池特性加入”等静压”等特殊工序●叠片设备需做相应升级，分容/检测设备可沿用●等静压工艺设备需进一步升级中国一汽中国一汽三、全固态电池发展趋势三、全固态电池发展趋势■针对全固态电芯需求高束缚力和“喜热不喜冷”等关键问题，急需突破模组自适应压力、系统保温和速热等技术，实现全固态电芯全生命周期处最优压力和温度区间工作，保障整车安全可靠应用系统集成与整车应用和测试评价高束缚力需求问题LoxpesuroLoxpesurosu全固态电芯需高束缚力高强度框架和自适应压力结构开发低温性能差问题1i1℃℃℃22n2nnn2n全固态电芯“喜热不喜冷”新型保温材料开发车桩协同速热研究整车工况对电芯界面影响的验证问题全固态电芯界面接触稳定性验证整车可靠性验证四、全固态电池产业化途径中国一汽红旗1-DNGCI新能源■全固态电池当前技术成熟度较低，需攻关问题和可选择技术路线较多；为加速技术产业化落地，需扩大研发资源投入，识别技术全景，聚焦关键问题难点，提升技术验证迭代速度问题难点全景图Y2IBHVHHY2IBHVHH领石及健4WYeVARIiYSHHYIZ¹1Q3YSHHweCad全固态电池迭代方向全固态电池迭代方向页正爱：三整&点化痛负授：局李电鬓质：2Spm化正极：富摇猛&卤化地400-450Whkg正授：高银三元&卤化宿负授：绕娃&硫化复320-400Wh/kg负极：氧健搜&资化容固态电解质40um硫化拉240-320Whkg正级：中度三元&五化场负极：石塑&硫化物200-240Wh/kg四、全固态电池产业化途径FAWGROUP1-DNGGI与3n与■全固态电池产业化涉及原材料、电芯材料、电芯设计及制成工艺、电池系统集成、整车应用等多个领域，为加速全固态研发体系技术原理材料工艺电芯系统研发体系技术基础研究原材料正极材料负极材料电解质干法电极体系开发工艺开发电芯设计小批量试制系统集成与整车验证中国一汽■围绕全固态电池产品产业化需求，聚焦研究方向，凝练攻关内容，建立高效产-学-研联合协同创新平台；■依托高校研究所基础研究资源对全固态电池关键科学问题进行探索研究，拓宽加深对全固态电池技术的认识和理解，为建立高效的产学研协同创新平台科研院所Scientific建立高效的产学研协同创新平台科研院所Scientific创新平台Production资金反哺新兴产业联合培养产业反哺支持园区企业合作成果聚焦关键科学问题技术攻关●电芯关键材料开发●电芯生产工艺设备开发●电芯系统高效集成n中国一汽FAWGROUP■由一汽牵头的全固态电池联合体团队全面布局关键材料，电芯设计，工艺开发，系统集成等相关技术攻关■现开发固态电解质离子电导率10mS/cm,高镍正极材料克容量216mAh/g,硅负极材料克容量3118mAh/g固态电解质·低成本制备Li₂S二9后西二经后旦落二9后西二经后旦落二疑后断长二Q6TTiDJ3-10D4-x0x0夏k11Zilc)L正负极材料mAh/g,首效91UmkokplUmkokplg1网4