四川安高特電科技有限公司01高熵固態電池材料研究思路02高熵固態電池材料開發進展03高熵固態電池材料應用進展鋰電池行業的挑戰與機遇“安全不高能、高能不安全”已成為制約鋰電行業發展的痛點問題2023年不同系統能量密度鋰電池占比160Wh2023年不同系統能量密度鋰電池占比160Wh/KG以上16.7%140Wh/KG-160Wh/KG30.3%125Wh/KG以下7.0%140Wh/KG46.0%83.3%鋰電池系統能量密度低于160Wh/kg能量密度上不去，成本就難以降低，導致紅海市場?鋰電產業機遇：2023年萬億級產業，2030年將達到10萬億級?中國鋰電產能：2023年已建成約1900GWh，開工率不足50%；已批復在建或待建產能約3000GWh?鋰電能量密度：2023年系統能量密度超過160Wh/kg的只有16.7%?鋰電行業痛點：受制于安全和成本問題，鋰電池市場已經成為紅海市場?行業痛點根因：傳統液態鋰電池“安全不高能、高能不安全”，為了保障安全不得不犧牲能量密度，而能量密度上不去，成本就難以降低，只能依靠規模效應和供應鏈降本，進一步導致了低水平重復建設和價格戰固態電池是未來趨勢固態電池固態電池固態鋰電池更安全、更高能、更低成本固態電池關鍵材料需求高鎳三元富鋰錳基……正極高比能量固態鋰電池更安全、更高能、更低成本固態電池關鍵材料需求高鎳三元富鋰錳基……正極高比能量穩定不釋氧動力學活潑l能量密度高（設計l安全性能好l工作溫域寬l循環壽命長LLZO……固體電解質高離子電導LLZO……固體電解質高離子電導寬電壓平臺高界面適配硅基鋰金屬……負極高比能量低放電平臺穩定不析鋰液態電池l理論能量密度難以l存在安全問題l低溫性能差、高溫不安全l循環壽命短固態電池進入高速發展期固態電解質?M.S.Whittingham研制了首個鋰電池沉寂期固態電解質材料研發進展緩慢固態鋰電池技術無實質性突破Wafburg發現固態離子導體固態電解質?M.S.Whittingham研制了首個鋰電池沉寂期固態電解質材料研發進展緩慢固態鋰電池技術無實質性突破?氧化物、硫化物、聚合物等固體電解質材料技術取得長足發展?涌現了一批固態鋰電池初創企業?固態鋰電池產業化打?固態鋰電池產業化打通，初創企業換代，產業鏈、生態鏈逐步形成，進入產能規劃時代液體電解質液體電解質快速快速?鋰電池諾貝爾獎?形成萬億級鋰電產業?鋰電池諾貝爾獎?形成萬億級鋰電產業（全球）?傳統鋰電產能出現過剩吉野彰發明石墨負極及適配電解液，鋰離子電池技術突破?SONY發布商用鋰離子電池產品鋰枝晶生長誘發多次燃燒爆炸事故“先驅”“先烈”?J.B.Goodenough提出鈷酸鋰正極材料界面穩定問題固-固界面點接觸導致接觸電阻大、界面穩定問題固-固界面點接觸導致接觸電阻大、孔洞存在，降低電池能量密度循環中材料體積變化導致裂紋，固-固界面脫離，加速電池性能衰減固態電池的發展瓶頸界面接觸問題枝晶生長問題固-固界面離子傳輸受限，晶界傳導和界面阻抗大枝晶生長問題固-固界面離子傳輸受限，晶界傳導和界面阻抗大不穩定的界面導致枝晶生長，進一步引發安全問題界面傳輸問題本質上仍是材料電化學活性與熱力學穩定性的矛盾高熵概念的演化狹義高熵—多組元單相固溶體廣義高熵—多組元組分含量定義nmajor組分含量定義nmajor≥55at%≤ci≤35at%存在組分含量nmajor=25ci≤4%Δsconf≥3.2R5at%≥cminor與原定義不符合高熵：Δsconf≥1.5R與原定義不符合中熵：1R<Δsconf＜1.5R低熵：Δsconf＜1R?顯著降低自由能?增強元素間互溶性?比有序相更穩定AA4?抑制元素擴散?抑制組分間相互作用?抑制成核和生長?相分離困難?納米晶體形成?力學性能增強?多種元素協同作用?保留元素基本特性?保留元素微觀結構高熵概念的演化不僅要原子結構無需，還要不僅要原子結構無需，還要化學上無序。合金主元越多，越混亂，非晶形成能力就越高。學家提出了著名的長程有序破壞學家提出了著名的長程有序破壞、短程有序、力學性能好日本學者井上經驗三原則：合金合金體系包含三種日本學者井上經驗三原則：合金合金體系包含三種以上主元主元與主元之間的原子尺寸至少超過12%主元與主元間有混合焓1963年首次晶硅體系中發現了非晶化體系，XRD得到饅頭峰。隨著對高熵的理解和利用1963年首次晶硅體系中發現了非晶化體系，XRD得到饅頭峰。高熵策略在鋰電材料中的應用案例：高熵正極Li(NiMnCoFeTi)O案例：高熵正極Li(NiMnCoFeTi)O電壓~3.6V→4.4V?增強元素間互溶性?比有序相更穩定熱力學穩定性高熵效應自由能降低晶格結構力熱電化穩定安全、長壽、熱力學穩定性高熵效應自由能降低晶格結構力熱電化穩定安全、長壽、自愈nmajor≥5,5at%≤ci≤35at%電化學活性雞尾酒效應電子云疊加能帶結構量子隧道效應高能、快充、低溫電化學活性雞尾酒效應電子云疊加能帶結構量子隧道效應高能、快充、低溫f案例：高熵負極f案例：高熵負極(MgCoNiCuZn)0.2Oi 容量~1585mAh/g@0.1A/g 容量~1585mAh/g@0.1A/g?保留元素基本特性?保留元素微觀結構 高熵策略在鋰電材料中的應用高熵策略在鋰電材料中的應用高熵策略在鋰電材料中的應用抑制釋氧穩定晶格改善界面促進離子遷移改善擴散動力學提高結構穩定性抑制釋氧穩定晶格改善界面促進離子遷移改善擴散動力學提高結構穩定性高熵正極多金屬摻雜多金屬摻雜表面包覆表面包覆高熵釘扎高熵釘扎高熵電解質多主元混合多主元混合多離子鹽混合多離子鹽混合元素取代元素取代高熵負極構型熵調控構型熵調控高熵復合高熵復合多元金屬協同多元金屬協同01高熵固態電池材料研究思路02高熵固態電池材料開發進展03高熵固態電池材料應用進展自研新一代高熵電池材料自研新一代高熵電池材料穿刺后正極不釋氧穿刺后正極不釋氧高熵納米鋰電材料高熵納米鋰電材料電解質不燃負極不析鋰高電壓下體相形變、界面副反應、晶格氧參與電荷補償、表面結構變化嚴重，限制了正極材料容量發揮材料表面結構是影響材料性能發揮最主要的因素電極裂紋、粉化不可逆相變與巴莫等行業內龍頭企業建立長期合作釘扎效應阻止表面結構不利的位錯滑移高熵納米材料構筑氧空位，抑制氧釋放，提升材料電化學穩定性刀高熵材料釘扎阻礙山體滑坡釘扎阻礙材料解體自研高熵納米材料，用于改性修飾正極?高熵納米材料改性修飾鈷酸鋰—HEO-LCO?Nano-HEO：Li(LaTiZrCo高容量保持率高倍率性能良好界面穩定性Bare-LCO循環后SEM圖HEO-LCO循環后SEM圖抑制表面開裂，保持結構穩定高熵材料包覆鈷酸鋰表面形成高熵區抑制了層狀→尖晶石結構轉變HEO-LCO結構穩定u高熵負極元素成分篩選及預測根據已有數據庫、文獻建立大型高熵材料數據庫依據性能、結構和穩定性指標進行高通量計算篩選u納米高熵負極配方設計及制備液相低溫合成技術，快速篩選核心工藝參數多維調控高熵氧化物材料結構-性能構效關系高通量計算結合密度泛函理論（DFT）、分子動力學模擬（MD）和機器學習算法，可以快速篩選出符合要求的元素組合精準調控成分和工藝等參數多維調控高熵氧化物負極性能高熵納米配方設計開發滿足高可高熵納米配方設計開發滿足高可逆容量的尖晶石結構高熵負極0.5A/g循環500圈后可逆容量為447.3mAh/g，容量保持率為88.7%高熵負極材料制備制備基于高熵高熵負極材料制備制備基于高熵效應的高穩定尖晶石結構負極Y濃度摻雜提高結構穩定性，改善LTO倍率和循環性能孿晶結構+高熵策略抑制尖晶石結構轉變榫卯結構共格孿晶榫卯結構共格孿晶實現近零應變特性孿晶結構+高熵摻雜孿晶結構+高熵摻雜實現近零應變高熵氧化物負極大電流下循環1000次容量為162mAh/g高熵固態電解質：電子云疊加的雞尾酒效應高熵固態電解質：電子云疊加的雞尾酒效應有序與無序離子點位勢壘離子擴散勢壘高熵效應使得電解質中鋰離子原本無法躍遷點位的勢壘降低降低了離子擴散所需的活化能，使離子導電率指數級增加√高熵原位固化電解質室溫離子電導率達到0.41mScm-1，鋰離子遷移數達到0.881√高熵原位固化電解質室溫離子電導率達到0.41mScm-1，鋰離子遷移數達到0.881化學穩定窗口達到5.1V√LFP/Li全電池在25°C，900次循環容量保持率為84.1%√高熵納米添加劑使離子電導率提升1個數量級√高熵復合電解質室溫離子電導率達1.6×10-3Scm-1高熵固態電解質案例√分子設計+高熵摻雜實現耐高電壓阻燃電解質√匹配高電壓LCO/Li體系，300次循保持率86.3%，針刺試驗不冒煙、不爆炸01高熵固態電池材料研究思路02高熵固態電池材料開發進展03高熵固態電池材料應用進展高安全性，打破“安全不高能，高能不安全”的發展困局采用5種以上元素組成的高熵材料，同時滿足熱力學穩定性(安全)和高安全性，打破“安全不高能，高能不安全”的發展困局采用5種以上元素組成的高熵材料，同時滿足熱力學穩定性(安全)和1更低成本，采用創新研發路徑實現新材料進度加速與成本大幅降低更低成本，采用創新研發路徑實現新材料進度加速與成本大幅降低2更高效率，原位固化工藝可更高效率，原位固化工藝可直接改造液態鋰電現有成熟產線3顛覆性創新，突破常規固態鋰電池技術瓶頸顛覆性創新，突破常規固態鋰電池技術瓶頸4接力式離子傳輸電導率高、鋼筋混凝土結構（高強、高韌、阻高性能表現，能量密度翻倍，重量、體積、成本減半高性能表現，能量密度翻倍，重量、體積、成本減半5嚴密的產品體系及技術代次，創新不同應用場景下高熵正負極、高熵固態電池：高熵納米復合配方及原位固化工藝高熵材料組分：塑性無機鋰鹽、氧化物電解質、交聯樹脂、阻燃微膠囊、離子超導添加劑、動態創新點二完全兼容成熟工藝設備“浸潤”+“化成”+“固化”創新點二完全兼容成熟工藝設備“浸潤”+“化成”+“固化”創新點一接力式離子傳輸電導率高“游泳”+“跳躍”+“滑冰”創新點四原子級界面接觸低阻、高彈、創新點四原子級界面接觸低阻、高彈、阻隔創新點三鋼筋混凝土結構高強、高韌、阻燃彈性好韌性好打火機點不著彈性好韌性好高熵固態電池：原位固化工藝賦能產線技術升級常規液態鋰電池工藝●●●●●●●●●●●●高熵復合原位固化工藝（第一代）●●●●●●●片●沖坑●●●烘烤●注液●固化●老化●二封●分容●檢測●將鋰電池制造過程中的傳統化成步驟改造升級為多場耦合原位固化改造成本低建造周期短產品性能好發揮高熵固態鋰電池安全、高能、寬溫域、長壽命、低成本等優勢300Ah-5000Ah-70℃~200Wh/kg~700Wh/kg電源系統-70℃~200Wh/kg~700Wh/kg電源系統固態電芯不燃不爆，循環10年以上高熵固態電池：原位固化工藝賦能產線技術升級常規液態鋰電池工藝●●●●●●●●●●●●高熵復合原位固化工藝（第一代）●●●●●●●片●沖坑●●●烘烤●注液●固化●老化●二封●分容●檢測●將鋰電池制造過程中的傳統化成步驟改造升級為多場耦合原位固化改造成本低建造周期短產品性能好晶圓半導體固態電池干法層壓固