全固态锂电池受捧：清陶发展挑战“世界难题”

本报记者 王尔德 昆山报道

　　在新一轮的动力电池投资热潮中，固态电池正在成为下一代电池技术中的全球“新宠”。

　　英国富豪詹姆斯·戴森（ James Dyson）近日高调宣布投资14亿美元下注固态锂电池，与此同时，中国的一家电池行业创业公司也低调做着同样的布局。

　　11月28日，清陶（昆山）能源发展有限公司（以下简称“清陶发展”）正式对外宣布进军固态锂电池行业。

　　该公司成立于2014年，由中国科学院院士、清华大学材料科学与工程研究院院长南策文团队创办。它以做液态电池的陶瓷隔膜组材起家，现正在全面布局固态锂电池的研发生产，涉及材料、生产设备和技术工艺三大领域。

　　“我们研发的全固态电池，计划在明年9月推出第一批量产产品，主要适用于小规模储能领域。”清陶发展董事长冯玉川对21世纪经济报道介绍，适用于电动车这类中等规模和电站这类大规模储能的全固态电池，至少要等到2020年以后才能推出。

　　目前，清陶发展已完成Pre-A和A轮融资，来自峰瑞资本的6850万投资。“这也是峰瑞资本目前在电动汽车领域投的第一个也是唯一一个项目。”峰瑞资本创始合伙人李丰对21世纪经济报道介绍。

　　技术尚处于实验室阶段

　　作为下一代电池技术的全固态电池，对很多人而言是一个比较模糊的概念。

　　简单地说，全固态锂电池是相对液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。具体来说，它由正极材料＋负极材料和电解质组成，而液态锂电池则由正极材料＋负极材料＋电解液和隔膜组成。

　　中科院物理所研究员、固态离子学课题组组长黄学杰介绍，固态锂电池采用金属锂作为负极，固体无机或高分子材料作为电解质，能量密度比采用同类型正极材料的锂电子电池高20%-30%。

　　“全固态锂电池由于用固态电解质替代了容易造成电池燃爆的电解液，提高了电池的安全性。”南策文介绍，它同时具有能量密度高、可实现柔性/微型化等优势。

　　冯玉川介绍，全固态锂电池单体的能量密度在实验室可以到400Wh/kg，在中试阶段可达375Wh/kg，在量产阶段可以达到300Wh/kg以上，而300Wh/kg正是目前液态电池努力却不容易在2020年达到的目标。

　　正是因为如此，包括博世、丰田、东芝、苹果等世界知名企业都在这个领域有所布局。

　　“从全球来看，全固态锂电池仍处于实验室阶段，它主要面临电解质和正负极材料的集成、锂离子电导率低、生产技术和工艺等多项挑战，因此还未进入中试和产业化阶段。”南策文分析。

　　根据《中国新能源汽车产业发展报告（2016）》，目前仅巴黎市有3000辆用于共享租赁的纯电动汽车使用了Autolib生产的锂聚合物固态电池，因室温下固体电解质的离子电导率较低，该电池的工作温度为80摄氏度，使用范围受到限制，电池生产成本也远高于目前的锂电子电池。

　　对此，南策文强调，“Autolib生产的锂聚合物固态电池属于半固态电池，里面仍然含有5%左右的电解液。我们致力于生产的是全固态电池。”

　　如何挑战“世界难题”？

　　既然全固态电池尚且处于实验室阶段，那么清陶发展凭什么可以挑战这一“世界难题”？

　　根据介绍，南策文团队是国内最早开展全固态锂电池技术研发的团队之一，是我国首个固态电池相关专利技术的发明者，也是我国功能陶瓷材料领域的权威机构。

　　“我们的优势在于材料体系上的创新，我们研发出了高比容量复合正极材料和固态电解质薄膜，能够突破全固态锂电池的部分瓶颈。”冯玉川介绍。

　　具体来说，通过利用固态电解质对正极材料进行表面包覆修饰，形成稳定的离子传导界面，固态电解质既是锂离子的通道，也起到了稳定正极结构，增加正极致密度的作用。采用此方法可将正极材料的面积比容量提高到商用材料2倍以上。

　　“我们研发的固态电解质薄膜，除了适用于‘卷对卷（roll to roll）’工艺的产品以外，还可以实现薄膜化。采用物理沉积或化学涂覆等多种方法，均可在衬底上形成具有良好离子传导特性的纳米级薄膜材料，还可借鉴现有的半导体工艺，制作与生产微型薄膜全固态锂电池，实现全固态电池的芯片化。”冯玉川介绍。

　　“由于目前的全固态锂电池尚未进入量产，国内实验或者中试的开发者通常都是采用与液态电池生产设备商合作研发的手段，来解决设备的问题。”深圳吉阳智能科技公司董事长阳如坤对21世纪经济报道解释。

　　21世纪经济报道获悉，清陶选择与一家自动设备公司合作成立了清陶（昆山）自动化装备有限公司，致力于全固态锂电池设备和工艺的研发。

　　南策文介绍：“清陶发展把实现全固态锂电池的产业化定为了2017年的首要任务，重点解决材料匹配、装备升级、产品一致性等核心问题。”


　　根据清陶发展的战略部署，2017年9月计划推出第一批产品，产品的数量和价格现在都还未确定。

　　冯玉川介绍，这批产品将主要面向小规模储能的客户，主要包括三类：高端数码领域，如可穿戴设备，主要使用单体电池；无人机领域，使用简单的成组电池；军工的特殊领域。

　　中科院电工所储能技术研究组组长陈永翀对21世纪经济报道分析，“固态电池最大的特点就是安全性高，所以它最可能的应用领域是对安全性要求高的军工行业，同时这一行业对价格不那么敏感。”

　　“由于电动汽车和电站储能领域对电池的成本和安全要求都很高，全固态电池由于成本的原因在2020年之前很难满足其要求。”冯玉川分析。

　　南策文表示，未来清陶发展将建立一个全产业链的模式，实现从材料——安全高储能电池——电动车、无人机等应用——电池梯次利用——电池回收处理——原材料——材料的循环过程，真正实现清洁发展。