天原集团常务副总经理、宜宾锂宝董事长兼总经理王政强：固态电池正极材料研发进展

世界动力电池大会 2024-09-06

9月1日下午，由四川省人民政府主办、欧阳明高院士工作站承办的2024世界动力电池大会——全球先进电池前瞻技术专题会议于在四川省宜宾市成功召开。天原集团常务副总经理、宜宾锂宝董事长兼总经理王政强以“固态电池正极材料研发进展”为主题发表精彩演讲。

2024年9月1日下午，由四川省人民政府主办、欧阳明高院士工作站承办的2024世界动力电池大会——全球先进电池前瞻技术专题会议于在四川省宜宾市成功召开。会议围绕动力电池材料体系、系统结构、研发升级及下一代技术研判，开展跨学科、跨领域、跨区域的深度交流与对话，打造先进电池科技创新、交流合作、战略引领新高地，推动实现合作共赢的全球动力电池产业发展新格局。天原集团常务副总经理、宜宾锂宝董事长兼总经理王政强以“固态电池正极材料研发进展”为主题发表精彩演讲。

天原集团常务副总经理、宜宾锂宝董事长兼总经理王政强

以下为演讲实录：

王政强：给大家汇报一下固态电池正极材料的研发进展。

汇报内容有四个方面：第一，研发背景。第二，固态电解质简介。第三，高镍正极材料的适配性改进。第四，未来展望。

第一，研发背景。

前面有些老总已经介绍了，为什么要发展固态电池，主要解决两个问题，能量密度和安全，当然主要是安全问题，我们把易燃的电解液换成稳定阻燃的固态电解质，二是能量密度这块，以前我们可能认为安全性不高的高比能材料，比如富锂锰基、金属锂这些材料，能够在固态电池里面安全地使用，就可以大大突破现在的能量密度限制，使电池的技术和产品发生革命性的进步。

各个国家也有固态电池研发的技术，可能日本是走在最前的，当然还有韩国、美国、欧盟。

固态电池优点就是安全和能量密度，但是现在这个技术还是存在很大的缺点，还有很多需要我们攻关的，主要有三个方面。1、界面稳定性，核心物质和固态电解质接触界面稳定性不够。2、物理接触不好，因为固态电解质和固态活性材料界面接触不好。3、固态电解质大多数离子电导率比液态电解质低很多，也是固态电池技术研发和改进的重要方向。

第二，固态电解质简介。

固态电解质大体分为硫化物、氧化物、聚合物。聚合物力学性能比较好，有韧性，在材料变形的时候还能保持良好的接触，但是离子电导率低，由于氧化的问题，氧化物离子电导率居中，化学性能比较稳定，但是机械性能比较差、比较脆、比较硬，跟固体接触不好。硫化物，离子电导率比较高，但是在空气中不稳定，所以生产、使用和存储环节的成本很高。

有一些硫化物的固态电解质，比如LATP、LLTO、LLZO，各种类型，共同的特点就是对锂都不稳定。

还有常用氧化物的固体电解质，常用的LLTO，LATP可能成本最低，但是和LLTO都有正四价的态，在接触的时候由于被锂金属所还原，对锂不稳定。LLZO在空气中，跟空气中的水和二氧化碳有反应，对环境使用要求比较高。还有聚合物电解质，主要有基体才小，比如PEO、PPO作为基体材料，是锂离子传输的环境，再加上我们提供锂离子导电的锂盐。

还有一个改进的方向，不管是氧化物、聚合物、硫化物都有优缺点，还有一个改进方向，把他们进行复合，现在比较多的，用聚合物和氧化物或者聚合物和硫化物进行复合，避免他们单一电解质的缺点。

锂宝我们也在做一些改进。1、我们在氧化物电解质方面也要做一些工作。2、对复合方面，把氧化物和聚合物或者氧化物和硫化物电解质做一些改进工作，包括我们也在合成一些氧化物电解质，也能做到离子电解率5.5×10的负次方，氧化分解电压比较好，可以做到6V。

复合电解质的开发，锂宝把氧化物和聚合物在进行复合，我们材料的能量密度能够做到230mAh/g。

第三，高镍正极材料的适配性改进。

另外一个重要方向，为了和氧化物、硫化物或者聚合物电解质进行匹配，我们也对正极材料进行改进。

正极材料主要有三种类型：层状物、橄榄石结构和尖晶石结构，高能量密度层状氧化物是首选，比如三元、四元材料，富锂锰基能量密度也比较高，但是要在6.4V以上电量能量密度才能激发出来。

固态电解质高镍材料与固态电解质匹配存在的问题。1、前面有些嘉宾讲到了，主要还是界面接触的问题，是两个方面，一是电化学的问题，二是物理接触的问题。2、高镍材料自身也存在问题，循环使用过程中，比如晶界开裂变化。

对于正极材料锂宝也做了一些工作。1、正极材料方面，为了适配电解质比如硫化物、氧化物的，对正极材料进行改性。2、对正极材料内部的结构进行改进，抑制多经材料裂纹的产生或者抑制单晶材料的一些效应。

高镍材料与电解质匹配的界面问题。目前固态电解质与高镍正极材料产生，通常分析还是Type3型，因此在他们之间需要构建电子绝缘而离子导通的包覆层。

这是用硫化物和多晶材料做的数据，通过改进之后，倍率性能和循环性能还是比较好，1C的时候可以做到500周。这是跟单晶进行匹配，能量密度还是有比较明显的提升。

这是正极材料和氧化物做的半固态数据。在3C的充放电效率比较高，能够做到90%。

高镍材料有几个问题，包括体积收缩，包括晶界开裂，包括O3到O1的转变，包括微观离子循环过程中引起应力的变化。

根据产生的原因做了几个：1、体相掺杂、2调控一次离子的微观结构和径向分布。3、在材料表面构建柔性的缓冲层，增加接触。

这是我们做的一些实验，做了表面掺杂以后，多晶材料很好抑制了晶界的开裂，没有改性的开裂就比较明显。单晶材料也做了改性，改性以后长循环的单晶材料保持稳定，没有改性的破碎就比较明显，影响循环性能。

这是对多晶材料微观结构进行了一些调控，还是差别比较大，做了这个调控，异性比较少的材料切口之后界面还是保持比较好的完整性，没有做调控的循环过程中晶界开裂比较明显。

第四，未来展望。

未来固态电池发展，有技术开发、产品开发。固态电池可能比较乐观应该在2027年甚至2030年以后才会大规模应用，所以很多固态电池方面的技术还需要突破，不仅电解质，还包括正极材料，可能还涉及到整个电池的问题，有一些未来的改进方向。

这是我们的一些观点，请大家批评指正。谢谢大家！

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内容来源：世界动力电池大会

责任编辑：龚淑娟

审　　核：李峥

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