中國粉體網(wǎng)訊 2022年7月6日，上汽清陶固態(tài)電池聯(lián)合實驗室掛牌成立,。當(dāng)天,，上汽集團宣布,，與清陶能源合作研發(fā)的1000公里以上長續(xù)航里程固態(tài)動力電池將于2023年率先應(yīng)用于上汽自主品牌新款車型,。半年時間過去了，包括新冠疫情等不確定性因素是否會影響固態(tài)電池裝車？
近日,，清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人,、總經(jīng)理李崢在接受本報記者采訪時告訴記者，雙方在2月12日再次確認固態(tài)電池裝車量產(chǎn)的時間表不變,。
動力電池的三個“創(chuàng)新”
從高�,！跋笱浪边~向產(chǎn)業(yè)“金字塔”。來自清華大學(xué)創(chuàng)新團隊的清陶能源,，專注于新能源材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化,，在鋰電池材料原創(chuàng)應(yīng)用、設(shè)備研發(fā)設(shè)計,、生產(chǎn)工藝創(chuàng)新等方面不斷突破,，率先實現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)已成為估值近200億元的“獨角獸”,。
在動力電池領(lǐng)域,，競爭的最優(yōu)解是差異化的創(chuàng)新。李崢告訴記者,，作為新能源汽車行業(yè)的一個重要發(fā)展方向,，固態(tài)鋰電池在最近幾年里取得了快速的進展，已經(jīng)形成了一股勢力,。固態(tài)鋰電池并不是單一的產(chǎn)品,，而是一條全新的賽道。在這個條賽道上,，整個電化學(xué)儲能的能量密度會得到更快速的提升。
清陶能源固態(tài)電池的創(chuàng)新,，在技術(shù)上分為三個層面,。首先是核心材料的創(chuàng)新。固態(tài)電池的核心材料是固態(tài)電解質(zhì),。固態(tài)電池體系的發(fā)展一定是由半固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)質(zhì)量百分比小于15%）發(fā)展至準(zhǔn)固態(tài)/類固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)質(zhì)量百分比小于5%）,，最后發(fā)展為全固態(tài)（不含任何液態(tài)電解質(zhì)）。清陶能源通過對固態(tài)電解質(zhì),，以及正極和負極等核心材料的創(chuàng)新,，包括對正極的包覆、負極材料的改性,，以及固態(tài)電解質(zhì)的復(fù)合配方,，避免了現(xiàn)有液態(tài)鋰電池易燃易爆現(xiàn)象。
第二是關(guān)鍵工藝創(chuàng)新,。干混和干壓工藝能最大限度發(fā)揮現(xiàn)有電池材料的容量,，這些工藝還能提高電池生產(chǎn)的合格率，降低成本,。
第三是系統(tǒng)集成創(chuàng)新,。電池形狀和成組方式能夠幫助電池組提升整體安全性和集成效率,。
李崢表示，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢角度來說,，核心是材料的迭代,，材料升級之后一定會有工藝的升級和設(shè)備開發(fā)跟進，最后實現(xiàn)從半固態(tài)到全固態(tài)的轉(zhuǎn)變,，液體含量不斷下降,，能量密度不斷提高，安全性能得到進一步提升,。同時,，通過規(guī)模化的產(chǎn)品提升產(chǎn)品的良率和一致性,，從而帶來單位成本的不斷下降,，實現(xiàn)多層次協(xié)同創(chuàng)新。
李崢坦言,，清陶能源最重要的競爭力,，是自己摸索出的核心材料和生產(chǎn)工藝。企業(yè)對于核心的掌控力越強,，未來的迭代效率就越高,。
2016年之前，固態(tài)電池還處于學(xué)術(shù)上的概念,。經(jīng)過多年努力,，清陶能源把固態(tài)鋰電池從一個高校實驗室的樣品級別做到了規(guī)模化量產(chǎn),。清陶能源擁有國內(nèi)首條固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線,，并率先實現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，構(gòu)建了完備的自主知識產(chǎn)權(quán)體系,。目前,，公司量產(chǎn)（1.7gwh現(xiàn)有產(chǎn)能和10gwh在建產(chǎn)能）的第一代產(chǎn)品是半固態(tài)電池，液含量在5%-15%之間,，能量密度在240-420wh/kg之間,；第二代準(zhǔn)固態(tài)電池已完成了小試，現(xiàn)已進入中試,，液含量小于5%,，能量密度為400-500wh/kg；第三代全固態(tài)電池內(nèi)沒有任何液體,，目前已經(jīng)完成了實驗室階段的驗證,，正在進行產(chǎn)線的設(shè)計和工藝開發(fā)相關(guān)工作，能量密度在500wh/kg以上。
從實驗室樣品到規(guī)�,；慨a(chǎn)
清陶能源固態(tài)電池研發(fā)的迅速發(fā)展,，一方面來自企業(yè)在“核心材料+工藝設(shè)備”技術(shù)進階的路徑上不斷迭代優(yōu)化，另一方面是企業(yè)不斷提高工程化能力和極限制造能力,。李崢表示,，實驗室的展示樣品要做成有市場規(guī)模的商品，必須要過制造能力和工程化這一關(guān),。近年來,，清陶能源分別與北汽、上汽和廣汽等多家車企在固態(tài)電池領(lǐng)域進行合作,。通過和整車廠合作,，清陶能源參與到整車廠的車型規(guī)劃和路線規(guī)劃過程中，除了能掌握第一手技術(shù)數(shù)據(jù)之外,，還能根據(jù)市場要求匹配不同的技術(shù)體系,，把技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢，助力車企品牌向上,。
清陶能源和上汽合作由來已久,。2020年6月，上汽集團參與了清陶能源e+輪融資,。2021年,，上汽集團與清陶能源共同實現(xiàn)了超高能量密度固態(tài)鋰電池的實車驗證，采用單體能量密度為368wh/kg的固態(tài)電池,，結(jié)合上汽新一代純電平臺,，實測cltc綜合續(xù)航里程達1083km。同時,，在電芯,、模組及相應(yīng)的soh算法策略研究方面均取得突破性開發(fā)進展。這在當(dāng)時是國內(nèi)固態(tài)電池企業(yè)披露的數(shù)據(jù)中進展最快,、能量密度最高的半固態(tài)電池。
2022年1月,，上汽集團參與了清陶能源f++輪融資,。2022年7月，上汽創(chuàng)新研發(fā)總院和清陶能源共同掛牌成立了固態(tài)電池聯(lián)合實驗室,，目的是將固態(tài)電池的安全性,、能量密度和上汽的整車產(chǎn)品聯(lián)系起來，同時上汽車打造第二代技術(shù)底座2.0版本時,，將固態(tài)電池技術(shù)路線清晰勾勒出來,。聯(lián)合實驗室的誕生和運作本身是協(xié)同創(chuàng)新，是用一個比較好的機制來滿足市場需求。
“上汽整合了自身的電池資源,，和我們從新型電池材料,、電芯技術(shù)、生產(chǎn)工藝研發(fā)到電池如何裝車,、裝在什么車型中,，以及系統(tǒng)集成領(lǐng)域的開發(fā)都在聯(lián)合實驗室進行�,！崩顛樥f,。
經(jīng)過半年時間的努力，聯(lián)合實驗室取得了階段性的成果：在上汽魔方電池體系中,，對不同尺寸,、不同電量、不同續(xù)航里程的固態(tài)電池產(chǎn)品矩陣做了規(guī)劃,，并將如期裝車量產(chǎn),；對固態(tài)電池安全性有了一個整體、科學(xué)的評估,，有助于幫助上汽降本,；聯(lián)合布局第二代固態(tài)電池，能量密度將突破400wh/kg,。
更高的安全性,、更高的能量密度、更長的續(xù)航里程,、更快的充電速度,、最大限度地降低能耗是整個行業(yè)發(fā)展的必然選擇。隨著多年的積累,，清陶能源的“核心材料+工藝設(shè)備”技術(shù)進階路徑已經(jīng)逐步清晰,，同時具備了工程化和極限制造能力。這是清陶的核心競爭力,，也是所有電池創(chuàng)新企業(yè)最重要的必修課,。在未來的發(fā)展中，面向廣闊的市場,，清陶能源將與更多的產(chǎn)業(yè)合作伙伴同行,、共生、一起成長,。
解密固態(tài)電池
近日,，半固態(tài)電池成為汽車行業(yè)炙手可熱的話題。截至目前,，已有蔚來,、賽力斯,、長安深藍等多家車企披露半固態(tài)電池裝車進展，贛鋒鋰電,、國軒高科等電池企業(yè)均宣布半固態(tài)電池預(yù)計在2023年批量交付,。
為什么要發(fā)展固態(tài)電池？
固態(tài)電池,，是一種使用固態(tài)電極和固體電解質(zhì)的電池,。發(fā)展固態(tài)電池，主要原因在于目前液態(tài)鋰離子電池在能量密度,、安全性等方面都遇到了發(fā)展瓶頸,。
打個比方，液態(tài)鋰離子電池就像鋰離子的“游泳池”,，正負電極材料在電解液中相互交換離子,，產(chǎn)生了電能。而在充電過程中,，鋰離子在負極表面經(jīng)過還原反應(yīng)形成樹枝狀的金屬鋰,，如果鋰枝晶刺穿隔膜就會造成內(nèi)部短路，存在安全隱患,。另外,，為了保證安全性，液態(tài)鋰離子電池的能量密度已接近天花板,。
要在安全性與能量密度上實現(xiàn)突破,，就要從材料這個根本問題入手。固態(tài)電池應(yīng)運而生,。通過把作為“游泳池水”的電解液變成固態(tài)電解質(zhì)材料,，電池漏液、鋰枝晶穿刺等安全風(fēng)險都得以規(guī)避,。安全問題解決后,，電池就能用上更高容量的正負極材料，打開能量密度的“天花板”,。
不過,，受限于固態(tài)電池技術(shù)以及規(guī)模化量產(chǎn)尚不成熟,，當(dāng)下能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)裝車的是半固態(tài)電池,。據(jù)清陶能源測算，目前這一代的半固態(tài)電池能量密度上限有望達到400wh/kg,，較液態(tài)鋰離子電池提升30%-50%。
發(fā)展固態(tài)電池的難點在哪里,？
不可否認的是,，第一代半固態(tài)電池是將固態(tài)電解質(zhì)成型到電極的表面,，但電池中依然需要一部分液體用于改善界面接觸，同樣會面臨漏液,、熱失控等安全風(fēng)險,。所以，盡管道阻且長,，我們?nèi)耘f需要發(fā)展全固態(tài)電池,。
在清陶能源聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理李崢看來,，固態(tài)電池并不只是一個簡單的材料體系創(chuàng)新,，而是材料、工藝和設(shè)備結(jié)合起來的創(chuàng)新,，勢必帶來傳統(tǒng)電池廠的工藝變革,、產(chǎn)線升級。
另外,，固態(tài)電池的生產(chǎn)概念也已發(fā)生變化,。“傳統(tǒng)的鋰電池是集成封裝的概念,，電池廠采購正極,、負極、隔膜,、電解液等材料封裝成電池,；固態(tài)電池則是做出一整塊致密的材料，是材料成型的制成概念,�,！崩顛樃嬖V記者。
固態(tài)電池,，走哪條技術(shù)路線,？
從固態(tài)電池根據(jù)電解質(zhì)材料來分，有聚合物電解質(zhì)與無機物電解質(zhì)兩條技術(shù)路線,。
聚合物材料的柔性更好,，所以它的優(yōu)勢在于更易加工，固-固接觸界面也更加致密,。但是,，聚合物也有劣勢，即鋰離子電導(dǎo)率較低,。此外,，它的電池能量密度、循環(huán)壽命也相當(dāng)有限,。
無機物電解質(zhì)則有相反的特性,。無機物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率相對更高,，但是材料顆粒度、硬度較高,，加工相對不易,，難以制成薄膜，不易加工成致密成品,。
作為國內(nèi)研發(fā)固態(tài)電池起步較早的企業(yè),，清陶能源貫徹的材料方案是兼用無機物與聚合物打造復(fù)合材料，采納兩者之所長,，以無機物作為主體保障鋰離子傳導(dǎo)功能,，并在固-固界面處使用聚合物，提高致密性與加工柔性,，將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來,。
據(jù)了解，清陶能源的量產(chǎn)能力與技術(shù)能力在業(yè)內(nèi)相對領(lǐng)先,。國內(nèi)多數(shù)固態(tài)電池企業(yè)都在跟隨清陶能源這套復(fù)合材料路線,。
李崢表示，“目前,，清陶能源的產(chǎn)品正應(yīng)用于航空航天以及一些特殊的儲能領(lǐng)域,，在這些領(lǐng)域積累技術(shù)、迭代優(yōu)化并提升產(chǎn)能,�,！�
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