解密固态电池

近日，半固态电池成为汽车行业炙手可热的话题。截至目前，已有蔚来、赛力斯、长安深蓝等多家车企披露半固态电池装车进展，赣锋锂电、国轩高科等电池企业均宣布半固态电池预计在2023年批量交付。

为什么要发展固态电池？

固态电池，是一种使用固态电极和固体电解质的电池。发展固态电池，主要原因在于目前液态锂离子电池在能量密度、安全性等方面都遇到了发展瓶颈。

打个比方，液态锂离子电池就像锂离子的“游泳池”，正负电极材料在电解液中相互交换离子，产生了电能。而在充电过程中，锂离子在负极表面经过还原反应形成树枝状的金属锂，如果锂枝晶刺穿隔膜就会造成内部短路，存在安全隐患。另外，为了保证安全性，液态锂离子电池的能量密度已接近天花板。

要在安全性与能量密度上实现突破，就要从材料这个根本问题入手。固态电池应运而生。通过把作为“游泳池水”的电解液变成固态电解质材料，电池漏液、锂枝晶穿刺等安全风险都得以规避。安全问题解决后，电池就能用上更高容量的正负极材料，打开能量密度的“天花板”。

不过，受限于固态电池技术以及规模化量产尚不成熟，当下能够实现量产装车的是半固态电池。据清陶能源测算，目前这一代的半固态电池能量密度上限有望达到400Wh/kg，较液态锂离子电池提升30%-50%。

发展固态电池的难点在哪里？

不可否认的是，第一代半固态电池是将固态电解质成型到电极的表面，但电池中依然需要一部分液体用于改善界面接触，同样会面临漏液、热失控等安全风险。所以，尽管道阻且长，我们仍旧需要发展全固态电池。

在清陶能源联合创始人、总经理李峥看来，固态电池并不只是一个简单的材料体系创新，而是材料、工艺和设备结合起来的创新，势必带来传统电池厂的工艺变革、产线升级。

另外，固态电池的生产概念也已发生变化。“传统的锂电池是集成封装的概念，电池厂采购正极、负极、隔膜、电解液等材料封装成电池；固态电池则是做出一整块致密的材料，是材料成型的制成概念。”李峥告诉记者。

固态电池，走哪条技术路线？

从固态电池根据电解质材料来分，有聚合物电解质与无机物电解质两条技术路线。

聚合物材料的柔性更好，所以它的优势在于更易加工，固-固接触界面也更加致密。但是，聚合物也有劣势，即锂离子电导率较低。此外，它的电池能量密度、循环寿命也相当有限。

无机物电解质则有相反的特性。无机物电解质离子电导率相对更高，但是材料颗粒度、硬度较高，加工相对不易，难以制成薄膜，不易加工成致密成品。

作为国内研发固态电池起步较早的企业，清陶能源贯彻的材料方案是兼用无机物与聚合物打造复合材料，采纳两者之所长，以无机物作为主体保障锂离子传导功能，并在固-固界面处使用聚合物，提高致密性与加工柔性，将两者的优势结合起来。

据了解，清陶能源的量产能力与技术能力在业内相对领先。国内多数固态电池企业都在跟随清陶能源这套复合材料路线。

李峥表示，“目前，清陶能源的产品正应用于航空航天以及一些特殊的储能领域，在这些领域积累技术、迭代优化并提升产能。”