全固態(tài)鋰電池受捧：清陶發(fā)展挑戰“世界難題”

　　在新一輪的動(dòng)力電池投資熱潮中，固態(tài)電池正在成為下一代電池技術(shù)中的全球“新寵”。

　　英國富豪詹姆斯·戴森( James Dyson)近日高調宣布投資14億美元下注固態(tài)鋰電池，與此同時(shí)，中國的一家電池行業(yè)創(chuàng )業(yè)公司也低調做著(zhù)同樣的布局。

　　11月28日，清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“清陶發(fā)展”)正式對外宣布進(jìn)軍固態(tài)鋰電池行業(yè)。

　　該公司成立于2014年，由中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院院長(cháng)南策文團隊創(chuàng )辦。它以做液態(tài)電池的陶瓷隔膜組材起家，現正在全面布局固態(tài)鋰電池的研發(fā)生產(chǎn)，涉及材料、生產(chǎn)設備和技術(shù)工藝三大領(lǐng)域。

　　“我們研發(fā)的全固態(tài)電池，計劃在明年9月推出第一批量產(chǎn)產(chǎn)品，主要適用于小規模儲能領(lǐng)域。”清陶發(fā)展董事長(cháng)馮玉川對21世紀經(jīng)濟報道介紹，適用于電動(dòng)車(chē)這類(lèi)中等規模和電站這類(lèi)大規模儲能的全固態(tài)電池，至少要等到2020年以后才能推出。

　　目前，清陶發(fā)展已完成Pre-A和A輪融資，來(lái)自峰瑞資本的6850萬(wàn)投資。“這也是峰瑞資本目前在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域投的第一個(gè)也是唯一一個(gè)項目。”峰瑞資本創(chuàng )始合伙人李豐對21世紀經(jīng)濟報道介紹。

　　技術(shù)尚處于實(shí)驗室階段

　　作為下一代電池技術(shù)的全固態(tài)電池，對很多人而言是一個(gè)比較模糊的概念。

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，全固態(tài)鋰電池是相對液態(tài)鋰電池而言，是指結構中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件。具體來(lái)說(shuō)，它由正極材料+負極材料和電解質(zhì)組成，而液態(tài)鋰電池則由正極材料+負極材料+電解液和隔膜組成。

　　中科院物理所研究員、固態(tài)離子學(xué)課題組組長(cháng)黃學(xué)杰介紹，固態(tài)鋰電池采用金屬鋰作為負極，固體無(wú)機或高分子材料作為電解質(zhì)，能量密度比采用同類(lèi)型正極材料的鋰電子電池高20%-30%。

　　“全固態(tài)鋰電池由于用固態(tài)電解質(zhì)替代了容易造成電池燃爆的電解液，提高了電池的安全性。”南策文介紹，它同時(shí)具有能量密度高、可實(shí)現柔性/微型化等優(yōu)勢。

　　馮玉川介紹，全固態(tài)鋰電池單體的能量密度在實(shí)驗室可以到400Wh/kg，在中試階段可達375Wh/kg，在量產(chǎn)階段可以達到300Wh/kg以上，而300Wh/kg正是目前液態(tài)電池努力卻不容易在2020年達到的目標。

　　正是因為如此，包括博世、豐田、東芝、蘋(píng)果等世界知名企業(yè)都在這個(gè)領(lǐng)域有所布局。

　　“從全球來(lái)看，全固態(tài)鋰電池仍處于實(shí)驗室階段，它主要面臨電解質(zhì)和正負極材料的集成、鋰離子電導率低、生產(chǎn)技術(shù)和工藝等多項挑戰，因此還未進(jìn)入中試和產(chǎn)業(yè)化階段。”南策文分析。

　　根據《中國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2016)》，目前僅巴黎市有3000輛用于共享租賃的純電動(dòng)汽車(chē)使用了Autolib生產(chǎn)的鋰聚合物固態(tài)電池，因室溫下固體電解質(zhì)的離子電導率較低，該電池的工作溫度為80攝氏度，使用范圍受到限制，電池生產(chǎn)成本也遠高于目前的鋰電子電池。

　　對此，南策文強調，“Autolib生產(chǎn)的鋰聚合物固態(tài)電池屬于半固態(tài)電池，里面仍然含有5%左右的電解液。我們致力于生產(chǎn)的是全固態(tài)電池。”

　　如何挑戰“世界難題”?

　　既然全固態(tài)電池尚且處于實(shí)驗室階段，那么清陶發(fā)展憑什么可以挑戰這一“世界難題”?

　　根據介紹，南策文團隊是國內最早開(kāi)展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團隊之一，是我國首個(gè)固態(tài)電池相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)的發(fā)明者，也是我國功能陶瓷材料領(lǐng)域的權威機構。

　　“我們的優(yōu)勢在于材料體系上的創(chuàng )新，我們研發(fā)出了高比容量復合正極材料和固態(tài)電解質(zhì)薄膜，能夠突破全固態(tài)鋰電池的部分瓶頸。”馮玉川介紹。

　　具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用固態(tài)電解質(zhì)對正極材料進(jìn)行表面包覆修飾，形成穩定的離子傳導界面，固態(tài)電解質(zhì)既是鋰離子的通道，也起到了穩定正極結構，增加正極致密度的作用。采用此方法可將正極材料的面積比容量提高到商用材料2倍以上。

　　“我們研發(fā)的固態(tài)電解質(zhì)薄膜，除了適用于‘卷對卷(roll to roll)’工藝的產(chǎn)品以外，還可以實(shí)現薄膜化。采用物理沉積或化學(xué)涂覆等多種方法，均可在襯底上形成具有良好離子傳導特性的納米級薄膜材料，還可借鑒現有的半導體工藝，制作與生產(chǎn)微型薄膜全固態(tài)鋰電池，實(shí)現全固態(tài)電池的芯片化。”馮玉川介紹。

　　“由于目前的全固態(tài)鋰電池尚未進(jìn)入量產(chǎn)，國內實(shí)驗或者中試的開(kāi)發(fā)者通常都是采用與液態(tài)電池生產(chǎn)設備商合作研發(fā)的手段，來(lái)解決設備的問(wèn)題。”深圳吉陽(yáng)智能科技公司董事長(cháng)陽(yáng)如坤對21世紀經(jīng)濟報道解釋。

　　21世紀經(jīng)濟報道獲悉，清陶選擇與一家自動(dòng)設備公司合作成立了清陶(昆山)自動(dòng)化裝備有限公司，致力于全固態(tài)鋰電池設備和工藝的研發(fā)。

　　南策文介紹：“清陶發(fā)展把實(shí)現全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化定為了2017年的首要任務(wù)，重點(diǎn)解決材料匹配、裝備升級、產(chǎn)品一致性等核心問(wèn)題。”

　　根據清陶發(fā)展的戰略部署，2017年9月計劃推出第一批產(chǎn)品，產(chǎn)品的數量和價(jià)格現在都還未確定。

　　馮玉川介紹，這批產(chǎn)品將主要面向小規模儲能的客戶(hù)，主要包括三類(lèi)：高端數碼領(lǐng)域，如可穿戴設備，主要使用單體電池;無(wú)人機領(lǐng)域，使用簡(jiǎn)單的成組電池;軍工的特殊領(lǐng)域。

　　中科院電工所儲能技術(shù)研究組組長(cháng)陳永翀對21世紀經(jīng)濟報道分析，“固態(tài)電池最大的特點(diǎn)就是安全性高，所以它最可能的應用領(lǐng)域是對安全性要求高的軍工行業(yè)，同時(shí)這一行業(yè)對價(jià)格不那么敏感。”

　　“由于電動(dòng)汽車(chē)和電站儲能領(lǐng)域對電池的成本和安全要求都很高，全固態(tài)電池由于成本的原因在2020年之前很難滿(mǎn)足其要求。”馮玉川分析。

　　南策文表示，未來(lái)清陶發(fā)展將建立一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的模式，實(shí)現從材料——安全高儲能電池——電動(dòng)車(chē)、無(wú)人機等應用——電池梯次利用——電池回收處理——原材料——材料的循環(huán)過(guò)程，真正實(shí)現清潔發(fā)展。