鉅大LARGE | 點擊量：598次 | 2022年09月24日
摘掉全固態電池的軟肋，國產電動汽車或可和TSLA一戰
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航綿軟如羊，而這中間有一座液態鋰離子電池和全固態電池之間的技術高墻。
不過從2016下半年以來能源行業的發展來看，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聯合峰瑞資本、啟迪控股等機構成立清陶能源發展有限公司和清陶新能源材料研究院，并舉辦了鋰離子電池產業發展論壇。同時，推出了通過陶瓷復合固態電解質打造全固態鋰離子電池的技術，利用該項技術生產的全固態電池在實驗室階段能夠達到400Wh/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年九月份推出量產方法，量產階段的能量密度可以達到300Wh/kg，提前實現國家提出對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鋰離子電池產業化開發的工作。
清陶能源向鈦媒體表示，真正意義上的全固態電池，有別于聚合物電池、薄膜電池、凝膠電池等概念，是目前學術和產業界公認的未來發展方向，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，全固態鋰離子電池是結構中不含液體，所有材料都以固態形式存在的儲能器件。全固態鋰離子電池對應的是液態鋰離子電池，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。
據公開數據顯示，液態鋰離子電池的能量密度每年的平均改善率僅為3%-5%，這也是造成國產新能源汽車產業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品，也被限制在40分鐘左右的續航范圍內。
既然限制電池技術發展的是電解質，那么全固態電池作為解決之道自然而然成為能源行業的研究方向。
據鈦媒體了解，全固態鋰離子電池的優勢重要有以下方面：
高能量密度
目前全固態電池的能量密度可達400Wh/kg以上，相較于傳統鋰離子電池（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，該產品可將手機待機時間、無人機飛行時間和電動汽車續駛里程延長一倍；
可實現柔性/微型化
由于沒有電解液，全固態電池的封裝工藝大幅優化，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展插上騰飛的翅膀。全固態電池、柔性顯示技術、柔性電路板技術的協同，將實現電子產品的可任意彎曲、折疊。同時，電池的微型化將給半導體工業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。
據北汽新技術研究院副院長榮輝介紹，傳統燃油動力車一旦發生撞擊事故，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。而全固態電池用固態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
率先被全固態電池寵幸的行業
雖然在清陶能源的規劃當中，全固態鋰離子電池將在明年九月份投入量產，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、智能手環等對續航要求提升最為迫切的產品，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、無人機產品當中，電池成本占到的比例非常低，從傳統鋰離子電池升級為全固態電池，成本上漲30-50元，廠商和市場并不會敏感。
而據鈦媒體了解，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。
“我們并不想太強調情懷，我們本身就是一家比較重視合理發展的公司，包括我們最先做陶瓷隔膜，做電池的生產裝備，都是讓汽車能夠先實現正常的營收。”馮玉川說。
當然，除了價格，應用問題也占據到了很大一部分原因。全固態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，其關系到復雜的電池管理系統，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，還要根據車企的需求做出設計。
“現在大部分新能源車，是把發動機變速箱摘下去，加很多電池在里面，這不是一個好方式，因為汽車速度非常快，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。”榮輝說，“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，而是根據我的要求，根據我的設計，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。”
鑒于汽車應用的復雜，以及清陶能源有關發展理念的踐行，清陶能源的全固態電池將在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保，但是能源分布過于分散且并不持續，使得開發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量為13.5GWh，同比上升95.7%，其中車用電池產量的占比上升最快，從2015年Q1的19.6%上升到2016年Q1的55.3%。
國內外都已經在嘗試跨越半固態電池這個階段，開始攻克全固態電池這座技術城堡。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“全固態電池”所用的硫化物固態電解質。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，同時推動全固態電池的發展。
而清陶能源的全固態電池的技術核心在于，電解質部分使用的陶瓷固態復合電解質，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：
利用摻雜調控、新增鋰空位，以及復合等手段，解決了全固態電池在常溫下的導電不良問題，使其和液態電解質的導電效率達到了同一個量級。
在國內，除了清陶能源，還有許多研究機構和公司著手在研發“全固態電池”，并取得一定的成果。
據媒體報道，目前國內做全固態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；中南創發“全固態電池”的研發團隊。
據了解，中科院寧波材料在聚合物研究已經取得一定成績，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電池就有望在2019年前后投入商業化使用。
屆時，在汽車智能化和互聯網化一路飛起的國產電動汽車，將沖破電池的動力和續航瓶頸，若再與特斯拉一決高下，必然多了幾分勝算。
