全固态电池技术创新探索
李泓提出 ， 到目前为止 ， 全固态电池无机的固态电解质及原料还没有量产、没有形成供应链 ， 聚合物电解质还不能直接与高电压正极材料匹配 ， 全固态电池的界面电阻还比较高、低温性能比较差 。另外 ， 在现有的全固态电池电芯设计方面 ， 还没有完全解决循环过程中体积变化的影响 ， 测试时需要较高的外部压力 。电极、电芯还没有成熟的量产设备 ， 电芯的电源管理系统集成方案、应用方案也不成熟 。对全寿命周期全固态电池安全性的认识还不全面 ， 测试和评价还不完备 ， 没有形成标准体系 ， 此外 ， 全固态电池目前的性价比也不清楚 。因此 ， 我们说全固态电池的量产和商业化还需要时间来进一步地去加深认识、优化材料、提高电池的设计和生产的技术 ， 从而逐步走向商业化应用 。
既然全固态电池开发非常困难 ， 另外一个思路就是 ， 利用好固态电池的优点 ， 进而提出了发展易于工程化的混合固液电解质电池的开发思路 。
李泓表示 ， 我们总结了一下 ， 在电芯中引入固态电解质有多种方式 ， 包括材料表面的包覆、隔膜和电极孔隙中的添加、直接引入中间的固态电解质隔膜层、以及通过化学反应和电化学反应将液态的电解质转化为固态电解质等五种相互不冲突的方法 。物理所是从1976年陈立泉老师开始做全固态电池的研发 ， 到中间转换为液态电解质锂离子电池 ， 黄学杰老师领导团队 ， 创办了苏州星恒 。目前 ， 我们继续在原来的基础上去开发混合固液和全固态电池 。特别是提出了相对原创的原位固态化的解决方案 ， 就是通过化学和电化学反应 ， 使液态电解质部分或全部的转化为固态电解质 。如果全部转化为固态电解质就是全固态电池 ， 这是一种新的制造全固态电池的研究路径 。通过这种方案我们可以兼容已有的各种正负极材料 ， 也可以兼容大部分的锂离子电池的电池材料 ， 能够解决在循环过程中固态电解质和正负极材料保持良好接触的难题 ， 可以综合平衡电芯充到高电压、安全性、锂枝晶析出以及体积膨胀控制等要求 。
基于这样一些解决方案我们开发了一系列的各类电池 ， 第一个是150Wh/kg的针对大规模储能的本质安全的固液混合储能电池 ， 这些电芯都能通过国标安全性测试 ， 并显著高于国标的表现 ， 包括更高的热失控温度、更高的极限过充、以及通过短路和针刺等测试 。第二个是270Wh/kg针对无人机的高比能混合固液电池 ， 目前在能量密度和安全性的兼顾方面具备显著的优点 ， 也通过了安全性测试国标 。另外 ， 我们还开发了便携式的储能的逆变电源 ， 也是基于这种解决方案 ， 明显高于行业内现在的模组的能量密度的水平 。第三个是300Wh/kg混合固液的动力电池 ， 通过对比液体和混合固液的针刺 ， 在满充态下高比能的电芯完全可以通过针刺的测试 ， 也可以通过150度的热箱 。另外 ， 在这个基础上我们测试了它的低温性能、倍率特性 ， 都很好的能满足动力电池的要求 。
在此基础上 ， 北京卫蓝新能源进一步地开发了更高比能量的360Wh/kg的动力电池 ， 该电池也能通过针刺、过充、挤压等安全性测试 ， 满足电动汽车的要求 。我们将和蔚来汽车合作 ， 在ET7车型上开始量产应用 ， 单次充电1000公里、电池包达到150度电、单体360Wh/kg的基于原位固态化的混合固液电解质电池 。
另外 ， 我们还进一步地去开发了更高比能量的电芯 ， 包括400Wh/kg的混合固液电池 ， 以及开发了能通过枪击实验的创新的电芯和模组的综合解决方案 ， 这个是国内外首次做到这一点 ， 特别是模组 。我们在2020年参加了全国未来储能挑战赛 ， 一系列的指标都达到了国际顶尖的或者说领先的水平 ， 这些测试都是经过电子五所的第三方测试的结果 。