全固態鋰電池受捧：清陶發展挑戰“世界難題”

　　在新一輪的動力電池投資熱潮中，固態電池正在成為下一代電池技術中的全球“新寵”。

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

　　11月28日，清陶(昆山)能源發展有限公司(以下簡稱“清陶發展”)正式對外宣布進軍固態鋰電池行業。

　　該公司成立于2014年，由中國科學院院士、清華大學材料科學與工程研究院院長南策文團隊創辦。它以做液態電池的陶瓷隔膜組材起家，現正在全面布局固態鋰電池的研發生產，涉及材料、生產設備和技術工藝三大領域。

　　“我們研發的全固態電池，計劃在明年9月推出第一批量產產品，主要適用于小規模儲能領域。”清陶發展董事長馮玉川對21世紀經濟報道介紹，適用于電動車這類中等規模和電站這類大規模儲能的全固態電池，至少要等到2020年以后才能推出。

　　目前，清陶發展已完成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域投的第一個也是唯一一個項目。”峰瑞資本創始合伙人李豐對21世紀經濟報道介紹。

　　技術尚處于實驗室階段

　　作為下一代電池技術的全固態電池，對很多人而言是一個比較模糊的概念。

　　簡單地說，全固態鋰電池是相對液態鋰電池而言，是指結構中不含液體，所有材料都以固態形式存在的儲能器件。具體來說，它由正極材料+負極材料和電解質組成，而液態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、固態離子學課題組組長黃學杰介紹，固態鋰電池采用金屬鋰作為負極，固體無機或高分子材料作為電解質，能量密度比采用同類型正極材料的鋰電子電池高20%-30%。

　　“全固態鋰電池由于用固態電解質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、可實現柔性/微型化等優勢。

　　馮玉川介紹，全固態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375Wh/kg，在量產階段可以達到300Wh/kg以上，而300Wh/kg正是目前液態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、蘋果等世界知名企業都在這個領域有所布局。

　　“從全球來看，全固態鋰電池仍處于實驗室階段，它主要面臨電解質和正負極材料的集成、鋰離子電導率低、生產技術和工藝等多項挑戰，因此還未進入中試和產業化階段。”南策文分析。

　　根據《中國新能源汽車產業發展報告(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生產的鋰聚合物固態電池，因室溫下固體電解質的離子電導率較低，該電池的工作溫度為80攝氏度，使用范圍受到限制，電池生產成本也遠高于目前的鋰電子電池。

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

　　如何挑戰“世界難題”?

　　既然全固態電池尚且處于實驗室階段，那么清陶發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展全固態鋰電池技術研發的團隊之一，是我國首個固態電池相關專利技術的發明者，也是我國功能陶瓷材料領域的權威機構。

　　“我們的優勢在于材料體系上的創新，我們研發出了高比容量復合正極材料和固態電解質薄膜，能夠突破全固態鋰電池的部分瓶頸。”馮玉川介紹。

　　具體來說，通過利用固態電解質對正極材料進行表面包覆修飾，形成穩定的離子傳導界面，固態電解質既是鋰離子的通道，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。

　　“我們研發的固態電解質薄膜，除了適用于‘卷對卷(roll to roll)’工藝的產品以外，還可以實現薄膜化。采用物理沉積或化學涂覆等多種方法，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，制作與生產微型薄膜全固態鋰電池，實現全固態電池的芯片化。”馮玉川介紹。

　　“由于目前的全固態鋰電池尚未進入量產，國內實驗或者中試的開發者通常都是采用與液態電池生產設備商合作研發的手段，來解決設備的問題。”深圳吉陽智能科技公司董事長陽如坤對21世紀經濟報道解釋。

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

　　南策文介紹：“清陶發展把實現全固態鋰電池的產業化定為了2017年的首要任務，重點解決材料匹配、裝備升級、產品一致性等核心問題。”

　　根據清陶發展的戰略部署，2017年9月計劃推出第一批產品，產品的數量和價格現在都還未確定。

　　馮玉川介紹，這批產品將主要面向小規模儲能的客戶，主要包括三類：高端數碼領域，如可穿戴設備，主要使用單體電池;無人機領域，使用簡單的成組電池;軍工的特殊領域。

　　中科院電工所儲能技術研究組組長陳永翀對21世紀經濟報道分析，“固態電池最大的特點就是安全性高，所以它最可能的應用領域是對安全性要求高的軍工行業，同時這一行業對價格不那么敏感。”

　　“由于電動汽車和電站儲能領域對電池的成本和安全要求都很高，全固態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，未來清陶發展將建立一個全產業鏈的模式，實現從材料——安全高儲能電池——電動車、無人機等應用——電池梯次利用——電池回收處理——原材料——材料的循環過程，真正實現清潔發展。