鉅大LARGE | 點擊量：1036次 | 2021年11月19日
固態(tài)電池技術難題如何攻破？
特斯拉之所以能夠在高性能汽車領域獨當一面，是因為它利用電池管理技術將鈷酸鋰小電池馴化得“狼性”十足，耐力有余。但顯然，不是所有公司都是特斯拉。
我國的電動汽車行業(yè)依然很難脫離政策扶持、去獨立應對市場考驗，最大的原因就是電池動力和續(xù)航綿軟如羊，而這中間有一座液態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)電池之間的技術高墻。
不過從2016下半年以來能源行業(yè)的發(fā)展來看，這堵墻正在逐漸被拆解。
十一月二十八日，清陶能源科技有限公司推出了通過陶瓷復合固態(tài)電解質打造全固態(tài)鋰離子電池的技術，利用該項技術生產(chǎn)的全固態(tài)電池在實驗室階段能夠達到400MJ/kg的能量密度。
這比當前主流應用的鋰離子電池（能量密度100~220Wh/kg）高出了一倍，這意味著同質量下的電池續(xù)航能力也有了相應量級的提升。清陶能源將在2017年九月份推出量產(chǎn)方法，量產(chǎn)階段的能量密度可以達到300MJ/kg，提前實現(xiàn)國家提出對2020年提出的標準。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
清陶能源發(fā)展有限公司的前身是清陶能源科技有限公司，由中科院院士、清華大學材料研究院院長南策文領銜的高層次人才團隊投資5000萬元興建，重要生產(chǎn)鋰離子電池所需的隔膜材料和電池自動化裝備。
本次清陶能源推出的全固態(tài)鋰離子電池技術也同樣脫胎于清華大學的研究成果，而其成立清陶新能源材料研究院，也是希望從材料、器件、裝備多個維度開展全固態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的工作。
清陶能源向記者表示，真正意義上的全固態(tài)電池，有別于聚合物電池、薄膜電池、凝膠電池等概念，是目前學術和產(chǎn)業(yè)界公認的未來發(fā)展方向，國外包括博世、豐田、東芝、蘋果等知名公司都在這個領域有所布局。
顧名思義，全固態(tài)鋰離子電池是結構中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件。全固態(tài)鋰離子電池對應的是液態(tài)鋰離子電池，后者就是目前在新能源汽車、手機、筆記本、無人機等設備當中廣泛采用的技術，電解質都是有機液體。也因其電解質的液態(tài)屬性，要非常嚴格的封裝技術，造成這類電池在能量密度、柔韌性、安全性等方面都受到很大的限制。
據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，液態(tài)鋰離子電池的能量密度每年的平均改善率僅為3%-5%，這也是造成國產(chǎn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)止步不前的重要原因；而同樣受限于電池的能量密度，搭載空間有限的無人機產(chǎn)品，也被限制在40分鐘左右的續(xù)航范圍內(nèi)。
既然限制電池技術發(fā)展的是電解質，那么全固態(tài)電池作為解決之道自然而然成為能源行業(yè)的研究方向。
據(jù)記者了解，全固態(tài)鋰離子電池的優(yōu)勢重要有以下方面：
高能量密度
目前全固態(tài)電池的能量密度可達400Wh/kg以上，相較于傳統(tǒng)鋰離子電池（能量密度100~220Wh/kg），有了一倍左右的提升。這意味著質量體積不變的前提下，該產(chǎn)品可將手機待機時間、無人機飛行時間和電動汽車續(xù)駛里程延長一倍；
可實現(xiàn)柔性/微型化
由于沒有電解液，全固態(tài)電池的封裝工藝大幅優(yōu)化，電池脫離了剛性外殼和尺寸的束縛。這一技術將為柔性電子技術的發(fā)展插上騰飛的翅膀。全固態(tài)電池、柔性顯示技術、柔性電路板技術的協(xié)同，將實現(xiàn)電子產(chǎn)品的可任意彎曲、折疊。同時，電池的微型化將給半導體工業(yè)等領域帶來一場新的變革；
安全可靠
三星Note7手機爆炸事件的重要原因是電池熱失控造成的電解液劇烈反應，而全固態(tài)鋰離子電池則完全摒棄了易燃易爆電解液，安全性得到不少提升。
據(jù)北汽新技術研究院副院長榮輝介紹，傳統(tǒng)燃油動力車一旦發(fā)生撞擊事故，造成汽車起火燃燒，會有5-6秒左右的逃生時間，而電動汽車由于電池的瞬間釋能特性，給乘客留下的逃生時間只有1秒左右，所以這就要求電池的安全性極為可靠。而全固態(tài)電池用固態(tài)電解質材料替代了電解液，可以承受切割、撞擊、釘刺、擠壓等比較嚴苛的考驗，很大程度地防止安全隱患。
新能源汽車率先被全固態(tài)電池寵幸的行業(yè)
雖然在清陶能源的規(guī)劃當中，全固態(tài)鋰離子電池將在明年九月份投入量產(chǎn)，但首先應用的領域并非當年炙手可熱的新能源汽車，而是無人機、智能手環(huán)等對續(xù)航要求提升最為迫切的產(chǎn)品，有關在新能源汽車上的投放預計在2020年。
清陶能源董事長馮玉川介紹，這個考慮不是技術問題，而是價格和成本問題。在手機、無人機產(chǎn)品當中，電池成本占到的比例非常低，從傳統(tǒng)鋰離子電池升級為全固態(tài)電池，成本上漲30-50元，廠商和市場并不會敏感。
而據(jù)記者了解，有關新能源汽車來說，僅電池成本就能達到十幾萬，全固態(tài)電池的投放必然造成成本進一步新增，這有關市場的接受程度是個很大的考驗。
“我們并不想太強調(diào)情懷，我們本身就是一家比較重視合理發(fā)展的公司，包括我們最先做陶瓷隔膜，做電池的生產(chǎn)裝備，都是讓汽車能夠先實現(xiàn)正常的營收?！瘪T玉川說。
當然，除了價格，應用問題也占據(jù)到了很大一部分原因。全固態(tài)電池在整車的應用上并非像手機和無人機那樣，以單組或多組的形式出現(xiàn)，其關系到復雜的電池管理系統(tǒng)，以及更為嚴格的技術考驗。
甚至如北汽新技術研究院副院長榮輝所說，或許在整體的應用形式上，還要根據(jù)車企的需求做出設計。
“現(xiàn)在大部分新能源車，是把發(fā)動機變速箱摘下去，加很多電池在里面，這不是一個好方式，因為汽車速度非?？?，一旦被石頭打破，就是個大問題，假如想不被打破那就必須用很厚的鋼板，這對車身重量又是個壓力?！睒s輝說，“有沒有可能在電解質這個階段，你和我（北汽）結合得更緊密，我把某些零件開放給你，你把這個電池芯做到我的零件里去，相當于你給我供應的不是一個標準的電池，而是根據(jù)我的要求，根據(jù)我的設計，你就給我設計電池，你實際給我的是一個零件，這個零件里包括的是電池?！?/p>
鑒于汽車應用的復雜，以及清陶能源有關發(fā)展理念的踐行，清陶能源的全固態(tài)電池將在2020年投入到新能源汽車的使用，率先的投放量將會是20萬臺。
固態(tài)電池技術難題如何攻破？
在新型能源的探索方向上，太陽能、風能、氫燃料動力鋰電池等技術一度百花齊放。
清陶能源的發(fā)起人、清華大學材料研究院院長南策文認為，從能源利用效率上說，上述能源雖然更為清潔環(huán)保，但是能源分布過于分散且并不持續(xù)，使得開發(fā)存儲和轉換這類能源的器件和相關材料顯得緩不濟急。
隨著新能源汽車和智能終端的迅速普及，有關高能量密度電池的需求十分迫切。
資料顯示，2016年第一季度，我國鋰離子電池的電芯產(chǎn)量為13.5GWh，同比上升95.7%，其中車用電池產(chǎn)量的占比上升最快，從2015年Q1的19.6%上升到2016年Q1的55.3%。
國內(nèi)外都已經(jīng)在嘗試跨越半固態(tài)電池這個階段，開始攻克全固態(tài)電池這座技術城堡。十一月二十四日，三井金屬公布了下一代的鋰離子二次電池的“全固態(tài)電池”所用的硫化物固態(tài)電解質。三井金屬是豐田、本田等大型跨國車企的電池供應商，這意味著豐田和本田將發(fā)展自身引以為傲的氫燃料動力鋰電池的同時，同時推動全固態(tài)電池的發(fā)展。
而清陶能源的全固態(tài)電池的技術核心在于，電解質部分使用的陶瓷固態(tài)復合電解質，正極使用的是鈷酸鋰，負極為鋰金屬負極。此外，有關全固態(tài)電池常溫下的導電瓶頸，清陶能源也給出了解決方法：
利用摻雜調(diào)控、新增鋰空位，以及復合等手段，解決了全固態(tài)電池在常溫下的導電不良問題，使其和液態(tài)電解質的導電效率達到了同一個量級。
在國內(nèi)，除了清陶能源，還有許多研究機構和公司著手在研發(fā)“全固態(tài)電池”，并取得一定的成果。
據(jù)媒體報道，目前國內(nèi)做全固態(tài)電池比較領先的團隊為：
中科院物理研究所陳立泉、李泓老師團隊；我國科學院寧波研究所許曉雄博士的團隊；中南創(chuàng)發(fā)“全固態(tài)電池”的研發(fā)團隊。
據(jù)了解，中科院寧波材料在聚合物研究已經(jīng)取得一定成績，其用石墨做負極，用硫化物復合電解質，用鈷酸鋰做正極，4Ah的電池，能量密度是240瓦時/公斤。而只要克服了界面阻抗過大造成的導電不良等問題，以及電芯技術關鍵材料取得突破，上述研究機構的全固態(tài)電池就有望在2019年前后投入商業(yè)化使用。
屆時，在汽車智能化和互聯(lián)網(wǎng)化一路飛起的國產(chǎn)電動汽車，將沖破電池的動力和續(xù)航瓶頸，若再與特斯拉一決高下，必然多了幾分勝算。
