宁德时代\u002F天赐材料固态电池技术解析

摘要从宁德时代和天赐材料的固态电池技术专利看，要完全掌控，依旧有一段路要走。

近两年，固态电池的呼声日益高潮。然而由于成本、安全性以及原材料等问题，固态电池的大规模量产和成熟应用，仍有较长路要走。

从国内企业来看，清陶能源、辉能科技、赣锋锂业、万向一二三、卫蓝新能源、珈伟股份、巨电新能源等锂电企业，均在建设固态电池产线，有的甚至已经投产。

高工锂电查阅专利，发现在固态电池技术探索方面，技术较为突出的有宁德时代（CATL）、天赐材料、天津力神、珠海冠宇、深圳比克、深圳先进研究院、中国科学院宁波材料研究所。其中典型代表有宁德时代（CATL）、天赐材料。

宁德时代: 固态锂金属电池

宁德时代申请的刚性膜片及固态锂金属电池专利，一方面使用金属锂作阳极，利用锂比容量3860mAh/g，电化学势为-3.04V等优势，其能量密度达400Wh/kg以上。另一方面解决了安全性和循环寿命等难题，有力提升了固态锂金属电池的循环性和降低短路发生几率。

大致实施如图1-图2，步骤分四步。第一步先将活性物质、硫化物固体电解质、导电剂，粘结剂丁苯乳胶按重量比，混合于THF溶剂中。然后涂覆铝箔表面，晾干后经60℃烘干、冷压、切片、得到LiCoO2阴极活性物质，厚度为50um的阴极极片。

第二步将硫化物固体电解质和粘结剂按重量比，混合与THF溶剂中。随后涂覆于玻璃表面，并干燥得到电解质膜，切片后得到厚度50um固体电解质膜片。

第三步将铝箔切片制备成刚性膜片。随后将锂金属贴于铜箔表面，切片制成阳极极片。

第四步，将阴极极片、固态电解质膜片、刚性膜片、阳极极片按顺序对齐叠片，在一定条件下冷压2min得到电芯单元，随后层叠封装，成型得到固态锂金属电池。

宁德时代的这项专利，优势在于能抑制锂金属阳极向固体电解质膜片内延展或渗透，降低固态锂金属电池制备过程中的短路几率。同时刚性膜与固态电池充电过程的沉积锂形成合金，能降低充放电循环时短路概率，并提高固态锂金属电池的循环稳定性。

图1（刚性膜片结构）

图2（固态锂金属电池结构）

图3（固态锂金属首周充放电曲线）

天赐材料：固态电池

天赐材料申请的一种固态电池制备方法专利，有效提升电池的本征特性和电化学性能，提高固态电解质离子传导率，而且制备工艺简单，具有可重复性和量产性，有重大的应用推广价值。

天赐材料的专利实施大致步骤是，先将正极材镍钴铝酸锂和固态电解质硅铝氮酸锂粉末混合，用火棉胶流延成膜，冲切制备正极片。随后将固态电解质硅铝氮酸锂用火棉胶流延成膜，冲切制备固态电解质片。

将正极片、固态电解质片堆叠热压烧结成型，在其上面覆盖锂负极，冷压后就形成具有三明治结构的全固态电池。

其中正极片和固态电解质结合，用热压，在于两种物质都能承受一定热，热压能够使它们之间接触得更紧密，降低界面阻抗。

负极采用冷压，在于锂金属或合金，具有低熔点和延展性。冷压使负极片和固态电解质之间界面充分接触，又不会使他们渗入到固态电解质内部造成电池短路。

如图5所示，天赐材料这项专利一种实例，首次库伦效率测试，充放电倍率为0.1C，电化学稳定性表现良好。

图4（固态电池）

图5（一种实例首次充放电测试）

深圳先进研究院：全固态二次电池

深圳先进研究院的全固态二次电池专利，能解决现有全固态电池界面间隙、界面电阻大、界面不稳定及锂枝晶生长等问题，流程简单，便于工业化生产。

大致实施步骤，如图1所示，通过在电极和固体电解质之间设置凝胶聚合物涂层，降低电极材料和固体电解质层的间隙和高界面电阻。同时抑制界面可能发生的副反应和锂枝晶生长，电化学性能更优异。

值得一提的是，该专利中使用的凝胶聚合物涂层材料易得，环保，生产工艺简单，成本低。

图6（1-负极层 2-聚合物涂层 3-固体电解质层 4-正极层）

参考文献：

[1]宁德时代新能源 一种刚性膜片及固态锂金属电池[P].中国：CN109659474A 2019-4-19

[2]广州天赐高新材料 一种全固态电池及制备方法[P].中国：CN110380116A 2019-10-15

[3]深圳先进研究院 全固态二次电池及其制备工艺[P].中国：CN110518283A 2019-11-29

[4]深圳先进研究院 (左伟峰) 电沉积及制备涂层方法 [P].中国CN109423671A 2019-3-5