中国粉体网讯 2022年7月6日，上汽清陶固态电池联合实验室挂牌成立。当天，上汽集团宣布，与清陶能源合作研发的1000公里以上长续航里程固态动力电池将于2023年率先应用于上汽自主品牌新款车型。半年时间过去了，包括新冠疫情等不确定性因素是否会影响固态电池装车？
近日，清陶能源联合创始人、总经理李峥在接受本报记者采访时告诉记者，双方在2月12日再次确认固态电池装车量产的时间表不变。
动力电池的三个“创新”
从高校“象牙塔”迈向产业“金字塔”。来自清华大学创新团队的清陶能源，专注于新能源材料技术的产业转化，在锂电池材料原创应用、设备研发设计、生产工艺创新等方面不断突破，率先实现了固态锂电池的产业化，现已成为估值近200亿元的“独角兽”。
在动力电池领域，竞争的最优解是差异化的创新。李峥告诉记者，作为新能源汽车行业的一个重要发展方向，固态锂电池在最近几年里取得了快速的进展，已经形成了一股势力。固态锂电池并不是单一的产品，而是一条全新的赛道。在这个条赛道上，整个电化学储能的能量密度会得到更快速的提升。
清陶能源固态电池的创新，在技术上分为三个层面。首先是核心材料的创新。固态电池的核心材料是固态电解质。固态电池体系的发展一定是由半固态（液态电解质质量百分比小于15%）发展至准固态/类固态（液态电解质质量百分比小于5%），最后发展为全固态（不含任何液态电解质）。清陶能源通过对固态电解质，以及正极和负极等核心材料的创新，包括对正极的包覆、负极材料的改性，以及固态电解质的复合配方，避免了现有液态锂电池易燃易爆现象。
第二是关键工艺创新。干混和干压工艺能最大限度发挥现有电池材料的容量，这些工艺还能提高电池生产的合格率，降低成本。
第三是系统集成创新。电池形状和成组方式能够帮助电池组提升整体安全性和集成效率。
李峥表示，从产业发展的趋势角度来说，核心是材料的迭代，材料升级之后一定会有工艺的升级和设备开发跟进，最后实现从半固态到全固态的转变，液体含量不断下降，能量密度不断提高，安全性能得到进一步提升。同时，通过规模化的产品提升产品的良率和一致性，从而带来单位成本的不断下降，实现多层次协同创新。
李峥坦言，清陶能源最重要的竞争力，是自己摸索出的核心材料和生产工艺。企业对于核心的掌控力越强，未来的迭代效率就越高。
2016年之前，固态电池还处于学术上的概念。经过多年努力，清陶能源把固态锂电池从一个高校实验室的样品级别做到了规模化量产。清陶能源拥有国内首条固态锂电池生产线，并率先实现了固态锂电池的产业化，构建了完备的自主知识产权体系。目前，公司量产（1.7gwh现有产能和10gwh在建产能）的第一代产品是半固态电池，液含量在5%-15%之间，能量密度在240-420wh/kg之间；第二代准固态电池已完成了小试，现已进入中试，液含量小于5%，能量密度为400-500wh/kg；第三代全固态电池内没有任何液体，目前已经完成了实验室阶段的验证，正在进行产线的设计和工艺开发相关工作，能量密度在500wh/kg以上。
从实验室样品到规模化量产
清陶能源固态电池研发的迅速发展，一方面来自企业在“核心材料+工艺设备”技术进阶的路径上不断迭代优化，另一方面是企业不断提高工程化能力和极限制造能力。李峥表示，实验室的展示样品要做成有市场规模的商品，必须要过制造能力和工程化这一关。近年来，清陶能源分别与北汽、上汽和广汽等多家车企在固态电池领域进行合作。通过和整车厂合作，清陶能源参与到整车厂的车型规划和路线规划过程中，除了能掌握第一手技术数据之外，还能根据市场要求匹配不同的技术体系，把技术优势转化为产品优势，助力车企品牌向上。
清陶能源和上汽合作由来已久。2020年6月，上汽集团参与了清陶能源e+轮融资。2021年，上汽集团与清陶能源共同实现了超高能量密度固态锂电池的实车验证，采用单体能量密度为368wh/kg的固态电池，结合上汽新一代纯电平台，实测cltc综合续航里程达1083km。同时，在电芯、模组及相应的soh算法策略研究方面均取得突破性开发进展。这在当时是国内固态电池企业披露的数据中进展最快、能量密度最高的半固态电池。
2022年1月，上汽集团参与了清陶能源f++轮融资。2022年7月，上汽创新研发总院和清陶能源共同挂牌成立了固态电池联合实验室，目的是将固态电池的安全性、能量密度和上汽的整车产品联系起来，同时上汽车打造第二代技术底座2.0版本时，将固态电池技术路线清晰勾勒出来。联合实验室的诞生和运作本身是协同创新，是用一个比较好的机制来满足市场需求。
“上汽整合了自身的电池资源，和我们从新型电池材料、电芯技术、生产工艺研发到电池如何装车、装在什么车型中，以及系统集成领域的开发都在联合实验室进行。”李峥说。
经过半年时间的努力，联合实验室取得了阶段性的成果：在上汽魔方电池体系中，对不同尺寸、不同电量、不同续航里程的固态电池产品矩阵做了规划，并将如期装车量产；对固态电池安全性有了一个整体、科学的评估，有助于帮助上汽降本；联合布局第二代固态电池，能量密度将突破400wh/kg。
更高的安全性、更高的能量密度、更长的续航里程、更快的充电速度、最大限度地降低能耗是整个行业发展的必然选择。随着多年的积累，清陶能源的“核心材料+工艺设备”技术进阶路径已经逐步清晰，同时具备了工程化和极限制造能力。这是清陶的核心竞争力，也是所有电池创新企业最重要的必修课。在未来的发展中，面向广阔的市场，清陶能源将与更多的产业合作伙伴同行、共生、一起成长。
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。”
（中国粉体网编辑整理/文正）
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