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      全固態(tài)鋰電池受捧:清陶發(fā)展挑戰(zhàn)“世界難題”

      2016年12月04日 8:28 2826次瀏覽 來(lái)源:   分類(lèi):

        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(chēng)“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。”清陶發(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(chē)這類(lèi)中等規(guī)模和電站這類(lèi)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。“這也是峰瑞資本目前在電動(dòng)汽車(chē)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(lèi)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(píng)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。”南策文分析。
        根據(jù)《中國(guó)新能源汽車(chē)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(chē)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(zhuān)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。”馮玉川介紹。
        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。”馮玉川介紹。
        “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。”深圳吉陽(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(hù),主要包括三類(lèi):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(chē)和電站儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)﹄姵氐某杀竞桶踩蠖己芨撸虘B(tài)電池由于成本的原因在2020年之前很難滿(mǎn)足其要求。”馮玉川分析。
        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(chē)、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。

      責(zé)任編輯:淮金

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