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(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(guó)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(shí)，中國(guó)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(jiǎn)稱“清陶發(fā)展”）正式對(duì)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(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院院長(zhǎng)南策文團(tuán)隊(duì)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(jì)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(chǔ)能領(lǐng)域?！鼻逄瞻l(fā)展董事長(zhǎng)馮玉川對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道介紹，適用于電動(dòng)車這類中等規(guī)模和電站這類大規(guī)模儲(chǔ)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?！斑@也是峰瑞資本目前在電動(dòng)汽車領(lǐng)域投的第一個(gè)也是唯一一個(gè)項(xiàng)目。”峰瑞資本創(chuàng)始合伙人李豐對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道介紹。
技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段
作為下一代電池技術(shù)的全固態(tài)電池，對(duì)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(duì)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(chǔ)能器件。具體來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)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(wú)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(shí)具有能量密度高、可實(shí)現(xiàn)柔性/微型化等優(yōu)勢(shì)。
馮玉川介紹，全固態(tài)鋰電池單體的能量密度在實(shí)驗(yàn)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?yàn)槿绱?，包括博世、豐田、東芝、蘋果等世界知名企業(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(yàn)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(xiàng)挑戰(zhàn)，因此還未進(jìn)入中試和產(chǎn)業(yè)化階段?！蹦喜呶姆治觥?
根據(jù)《中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2016）》，目前僅巴黎市有3000輛用于共享租賃的純電動(dòng)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)之一，是我國(guó)首個(gè)固態(tài)電池相關(guān)專利技術(shù)的發(fā)明者，也是我國(guó)功能陶瓷材料領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)。
“我們的優(yōu)勢(shì)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?！瘪T玉川介紹。
具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用固態(tài)電解質(zhì)對(duì)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(duì)卷（roll to roll）’工藝的產(chǎn)品以外，還可以實(shí)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(jí)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(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的芯片化?！瘪T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(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(shè)備商合作研發(fā)的手段，來(lái)解決設(shè)備的問(wèn)題?！鄙钲诩?yáng)智能科技公司董事長(zhǎng)陽(yáng)如坤對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道解釋。
21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道獲悉，清陶選擇與一家自動(dòng)設(shè)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(shè)備和工藝的研發(fā)。
南策文介紹：“清陶發(fā)展把實(shí)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(diǎn)解決材料匹配、裝備升級(jí)、產(chǎn)品一致性等核心問(wèn)題?！?
根據(jù)清陶發(fā)展的戰(zhàn)略部署，2017年9月計(jì)劃推出第一批產(chǎn)品，產(chǎn)品的數(shù)量和價(jià)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(chǔ)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(wú)人機(jī)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(chǔ)能技術(shù)研究組組長(zhǎng)陳永翀對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)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(yīng)用領(lǐng)域是對(duì)安全性要求高的軍工行業(yè)，同時(shí)這一行業(yè)對(duì)價(jià)格不那么敏感?！?
“由于電動(dòng)汽車和電站儲(chǔ)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?！瘪T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(xiàn)從材料——安全高儲(chǔ)能電池——電動(dòng)車、無(wú)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(guò)程，真正實(shí)現(xiàn)清潔發(fā)展。