全固態(tài)鋰電池受捧：清陶發(fā)展挑戰(zhàn)“世界難題”

　　在新一輪的動力電池投資熱潮中，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(diào)宣布投資14億美元下注固態(tài)鋰電池，與此同時，中國的一家電池行業(yè)創(chuàng)業(yè)公司也低調(diào)做著同樣的布局。

　　11月28日，清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司(以下簡稱“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)與工程研究院院長南策文團(tuán)隊創(chuàng)辦。它以做液態(tài)電池的陶瓷隔膜組材起家，現(xiàn)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(shè)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(guī)模儲能領(lǐng)域。”清陶發(fā)展董事長馮玉川對21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道介紹，適用于電動車這類中等規(guī)模和電站這類大規(guī)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，來自峰瑞資本的6850萬投資。“這也是峰瑞資本目前在電動汽車領(lǐng)域投的第一個也是唯一一個項目。”峰瑞資本創(chuàng)始合伙人李豐對21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道介紹。

　　技術(shù)尚處于實驗室階段

　　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比較模糊的概念。

　　簡單地說，全固態(tài)鋰電池是相對液態(tài)鋰電池而言，是指結(jié)構(gòu)中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件。具體來說，它由正極材料+負(fù)極材料和電解質(zhì)組成，而液態(tài)鋰電池則由正極材料+負(fù)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)課題組組長黃學(xué)杰介紹，固態(tài)鋰電池采用金屬鋰作為負(fù)極，固體無機(jī)或高分子材料作為電解質(zhì)，能量密度比采用同類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，它同時具有能量密度高、可實現(xiàn)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驗室可以到400Wh/kg，在中試階段可達(dá)375Wh/kg，在量產(chǎn)階段可以達(dá)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(dá)到的目標(biāo)。

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

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

　　根據(jù)《中國新能源汽車產(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汽車使用了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(dǎo)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(yuǎn)高于目前的鋰電子電池。

　　對此，南策文強(qiáng)調(diào)，“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(zhàn)“世界難題”?

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

　　根據(jù)介紹，南策文團(tuán)隊是國內(nèi)最早開展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊之一，是我國首個固態(tài)電池相關(guān)專利技術(shù)的發(fā)明者，也是我國功能陶瓷材料領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)。

　　“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(fù)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。

　　具體來說，通過利用固態(tài)電解質(zhì)對正極材料進(jìn)行表面包覆修飾，形成穩(wěn)定的離子傳導(dǎo)界面，固態(tài)電解質(zhì)既是鋰離子的通道，也起到了穩(wěn)定正極結(jié)構(gòu)，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，還可以實現(xiàn)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(dǎo)特性的納米級薄膜材料，還可借鑒現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝，制作與生產(chǎn)微型薄膜全固態(tài)鋰電池，實現(xiàn)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(nèi)實驗或者中試的開發(fā)者通常都是采用與液態(tài)電池生產(chǎn)設(shè)備商合作研發(fā)的手段，來解決設(shè)備的問題。”深圳吉陽智能科技公司董事長陽如坤對21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道解釋。

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

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

　　根據(jù)清陶發(fā)展的戰(zhàn)略部署，2017年9月計劃推出第一批產(chǎn)品，產(chǎn)品的數(shù)量和價格現(xiàn)在都還未確定。

　　馮玉川介紹，這批產(chǎn)品將主要面向小規(guī)模儲能的客戶，主要包括三類：高端數(shù)碼領(lǐng)域，如可穿戴設(shè)備，主要使用單體電池;無人機(jī)領(lǐng)域，使用簡單的成組電池;軍工的特殊領(lǐng)域。

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

　　“由于電動汽車和電站儲能領(lǐng)域?qū)﹄姵氐某杀竞桶踩蠖己芨?，全固態(tài)電池由于成本的原因在2020年之前很難滿足其要求。”馮玉川分析。

　　南策文表示，未來清陶發(fā)展將建立一個全產(chǎn)業(yè)鏈的模式，實現(xiàn)從材料——安全高儲能電池——電動車、無人機(jī)等應(yīng)用——電池梯次利用——電池回收處理——原材料——材料的循環(huán)過程，真正實現(xiàn)清潔發(fā)展。