對(duì)于研究陶瓷材料起家的清陶來(lái)說(shuō)，深知純氧化物路線無(wú)法將全固態(tài)電池推向量產(chǎn)。

所以，最為關(guān)鍵的固態(tài)電解質(zhì)材料，清陶采用較高離子電導(dǎo)率的無(wú)機(jī)物材料匹配加工兼容性好的聚合物材料。高電壓錳基正極+有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)+含鋰復(fù)合負(fù)極，勾勒出清陶全固態(tài)電池技術(shù)路線。

但是走向產(chǎn)業(yè)化，依然存在材料、工藝、設(shè)備、系統(tǒng)層面的難題。

01.

全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化難題

材料層面，由于全固態(tài)電池技術(shù)路線區(qū)別于液態(tài)電池，除了離子導(dǎo)電率、安全性、穩(wěn)定性、加工性、成本等幾大主要指標(biāo)需要均衡，正、負(fù)極與復(fù)合電解質(zhì)的界面匹配也成為一大難題。

在固態(tài)電池方案中，界面問(wèn)題很大一部分是由于電解質(zhì)形態(tài)的改變而產(chǎn)生。一方面涉及正負(fù)極與電解質(zhì)之間的大界面接觸，另一方面是顆粒之間的接觸。

顆粒之間的接觸問(wèn)題，主要是由于硫化物、氧化物、聚合物材料顆粒硬度不同，高壓力下內(nèi)部壓實(shí)程度存在差異，這也是清陶采用有機(jī)+無(wú)機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)路線的核心原因。

其次就是正極界面問(wèn)題，鋰電池在循環(huán)過(guò)程中，正極脫鋰嵌鋰會(huì)經(jīng)歷相變、晶格膨脹和收縮以及結(jié)構(gòu)的變化，體積相應(yīng)會(huì)發(fā)生改變。在固態(tài)電解質(zhì)前提下，固態(tài)電解質(zhì)與電極材料為固固界面接觸，對(duì)體積變化更為敏感，充放電過(guò)程中容易造成電解質(zhì)與電極顆粒接觸變差甚至產(chǎn)生裂紋，反復(fù)收縮膨脹導(dǎo)致界面接觸不穩(wěn)定，阻抗變大。

針對(duì)改問(wèn)題，清陶用高電壓錳基正極材料提升單體電壓。與此同時(shí)，界面處采用以耐高壓的鹵化物為主的無(wú)機(jī)成分，提升界面穩(wěn)定性，更好發(fā)揮電化學(xué)性能。

在此過(guò)程中，清陶高層曾公開表示，目前已經(jīng)做了一些關(guān)鍵材料的開發(fā)，比如鋯基低成本鹵化物的電解質(zhì)目前規(guī)?；慨a(chǎn)，實(shí)際上目前規(guī)?；慨a(chǎn)的室溫離子電導(dǎo)率超過(guò)4mS/cm。

負(fù)極同樣存在固固界面問(wèn)題，清陶的解決方案是采用含鋰的復(fù)合負(fù)極增強(qiáng)其與固態(tài)電解質(zhì)的相容性。

除了材料優(yōu)化或者體系的更換，在工藝層面，為了增強(qiáng)界面接觸以及提升電化學(xué)性能，開發(fā)干法一體成型工藝、高載量復(fù)合正極高致密度成型工藝、超薄復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜成型工藝也是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

當(dāng)然，產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，不只是界面，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化落地到材料本身，也有很多問(wèn)題需要攻克。以正極材料為例，如何提升材料的克容量、降低成本、提升循環(huán)性能，負(fù)極材料上，含鋰復(fù)合材料的開發(fā)、超寬超薄鋰帶燈溫?cái)D壓工藝/精確軋制技術(shù)，均被清陶視為全固態(tài)電池量產(chǎn)的重難點(diǎn)。

設(shè)備層面，如果是采用干法工藝、全固態(tài)電解質(zhì)，疊加工藝變更，很多設(shè)備需要重新開發(fā)。清陶在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方案中提到的干法混料設(shè)備、干法電極片-集流體復(fù)合設(shè)備、電極片/電解質(zhì)復(fù)合設(shè)備、金屬鋰基負(fù)極裝配設(shè)備，均需要重新開發(fā)，這對(duì)于本就重研發(fā)投入的固態(tài)電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，資金和開發(fā)壓力都非常大，需要聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)進(jìn)行。

目前，清陶表示已經(jīng)完成干法關(guān)鍵設(shè)備的開發(fā)。與此同時(shí)，也和先惠技術(shù)、納科諾爾、利元亨等企業(yè)建立固態(tài)電池設(shè)備聯(lián)合研發(fā)關(guān)系。

全固態(tài)電池在系統(tǒng)集成方面，與液態(tài)電池也存在一些差異，電解液變?yōu)楣虘B(tài)電解質(zhì)、隔膜取消，這對(duì)于電池?zé)峁芾黹_發(fā)、輕量化設(shè)計(jì)等等均有所影響。

涉及材料、工藝、設(shè)備、系統(tǒng)集成四大維度的重難點(diǎn)，到上車驗(yàn)證，全固態(tài)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化還要多久？

按照清陶在固態(tài)電池三步走戰(zhàn)略中的規(guī)劃：

（1）2024年量產(chǎn)第一代光年固態(tài)電池已在智己L6搭載：產(chǎn)品液體含量降至10%，采用聚合物-無(wú)機(jī)物復(fù)合電解質(zhì)。

（2）2025年開始在上汽集團(tuán)自主品牌實(shí)現(xiàn)規(guī)模搭載：采用高電壓錳基正極、耐高壓電解質(zhì)界面層設(shè)計(jì)、致密化成型工藝，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)電解質(zhì)鋰離子電導(dǎo)率>4mS/cm，液體含量降至5%。

（3）2026年全固態(tài)電池正式量產(chǎn)：2025年底完工首條全固態(tài)電池量產(chǎn)線，液體含量降為0，實(shí)現(xiàn)極片致密度達(dá)到98%，2026年全固態(tài)電池正式量產(chǎn)。

一方面，逐步減少電解液含量，直至走向全固態(tài)；另一方面，通過(guò)工藝不斷提升電池性能；與此同時(shí)，逐步落地產(chǎn)能，上汽清陶的首條全固態(tài)電池生產(chǎn)線一期0.5GWh預(yù)計(jì)在2025年底完工。

從時(shí)間線來(lái)看，清陶現(xiàn)階段的重點(diǎn)，主要是落地半固態(tài)電池產(chǎn)品。

02.

半固態(tài)先行為全固態(tài)蓄力

目前清陶第一代半固態(tài)電池落地上汽智己L6，官方此前給出的一代電芯能量密度規(guī)劃可做到368Wh/kg，與實(shí)際裝車數(shù)據(jù)應(yīng)該存在差異。

據(jù)此對(duì)比現(xiàn)有的三元鋰電池，能量密度上的優(yōu)勢(shì)也比較明顯。

做全固態(tài)電池一個(gè)很重要的目標(biāo)，也是整個(gè)行業(yè)的初衷，就是能量密度。清陶三代固態(tài)電池能量密度從300Wh/kg過(guò)渡到超500Wh/kg，如果能量產(chǎn)落地，相當(dāng)于在起跑線上完勝液態(tài)電池。

還有一個(gè)能否匹敵現(xiàn)有液態(tài)電池市場(chǎng)的一個(gè)重要指標(biāo)——成本。

清陶能源總經(jīng)理李崢曾在2023年下半年向媒體透露，368Wh/kg的半固態(tài)電池成本與彼時(shí)三元鋰電池成本相當(dāng)。

而在清陶的規(guī)劃中，下一代固態(tài)電池產(chǎn)品成本將比同等規(guī)格的磷酸鐵鋰或三元電池低10%-30%；2027年推出的第三代產(chǎn)品，計(jì)劃再降本40%。

如李崢?biāo)?，降本不僅在企業(yè)層面，還有整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同作用。但如果成本層面也能硬剛液態(tài)鋰電池產(chǎn)品，規(guī)?；慨a(chǎn)指日可待。

做全固態(tài)的初衷之一，是為了減少液態(tài)電解質(zhì)易燃易揮發(fā)等安全隱患。就目前部分機(jī)構(gòu)的部分實(shí)驗(yàn)來(lái)看，小容量半固態(tài)電池確實(shí)比同等指標(biāo)的液態(tài)電池來(lái)說(shuō)安全系數(shù)稍高一點(diǎn)，但測(cè)試結(jié)果因具體電池而異，目前并不能達(dá)到十分安全的程度。而且從單一測(cè)試指標(biāo)判斷不完全科學(xué)，所以安全性有待考究。

整體而言，在理論層面，清陶能源目前已經(jīng)推出的半固態(tài)電池，成本、能量密度、安全性三大指標(biāo)均可圈可點(diǎn)。這也從側(cè)面驗(yàn)證，無(wú)論是半固態(tài)還是全固態(tài)，只要能靠近安全和性能提升的目標(biāo)，均有其存在的合理性。

這與清陶的想法不謀而合，清陶做半固態(tài)的核心邏輯就是基于全固態(tài)的電池結(jié)構(gòu)和材料來(lái)做，加部分液體是為了讓電池倍率、界面阻抗、循環(huán)壽命等等指標(biāo)相對(duì)優(yōu)化一些，這樣更容易走向量產(chǎn)。

所以在核心材料、關(guān)鍵工藝和核心設(shè)備的開發(fā)上都是協(xié)同進(jìn)行。

最終，走向高性能、高安全的全固態(tài)。

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