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朋友们 大家好 今天继续更新固态电池系列 为什么选择今天更新呢？ 其实也比较突然 盘中上汽集团公众号突发一条消息 上汽集团与国内固态电池龙头企业昆山清陶能源成立—上汽清陶“固态电池联合实验室，按照规划双方合作研发的千公里以上长续航固态动力电池，将于明年率先在上汽自主品牌新款车型上实现落地应用。
随后清陶能源公众号披露了更详细的合作信息
双方在去年就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368Wh/kg固态电池结合上汽新一代纯电平台，实测CLTC综合续航达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. 这是目前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。 附公众号原文链接上汽清陶“固态电池联合实验室”成立 尾盘因为该消息，参与清陶F轮融资，和清陶能源合资成立“科森清陶”，且持股比例为81%的$科森科技(SH603626)$ 异动，“科森清陶”是为清陶能源生产的固态电池提供壳体和模组研发、生产的公司。 材料创新是整个锂电池体系创新中最核心的基础，固态锂离子电池也是——材料的创新配合工艺的改变。 看过上篇文章的朋友们都知道，固态电池的核心是固态电解质。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10%）发展至准固态/类固态（液态液态电解质质量百分比小于5%）最后到全固态（不含任何液态电解质）。 目前固态电解质材料主要分为三大种体系，分别为氧化物固态电解质、聚合物固态电解质、硫化物固态电解质。三种体系各有优劣势，目前国内和欧美多为氧化物电解质体系，而日韩则专攻硫化物。
据公开资料查询，国内清陶能源、卫蓝新能源、赣锋锂业，美股上市公司QuantumScape，均以氧化物固态电解质体系为主(按重量占比） 接下来我将详细的剖析，国内固态电池企业，进度最快，国外顶级期刊发表论文最多，国内固态电池领域专利最多，车企多次领投且融资轮次最多，估值最高的——昆山清陶能源。
清陶能源 2014 年成立，由中国科学院院士、发展中国家科学院院士、清华大学材料科学与工程研究院院长南策文创办。北汽、上汽、广汽分别领投了清陶 E 轮、 E+ 轮、 E++ 轮融资，2021 年 3 月，清陶完成了上海科创基金领投的 F 轮融资，今年3月清陶又完成了一轮战略轮融资，公司估值已超 200 亿人民币，主要投资方是上汽、北汽、国寿资本、国开制造业转型升级基金等，其中上汽为第二次参投，北汽则是第三次参投。
今年5月，占地面积达300亩、清陶新固态锂电池产业化项目在昆山开发区破土动工，建成后将达到10GWh年装机量，达产后预计新增年产值超100亿元。 今年6月，GTM2022-动力电池产业线上论坛，清陶能源联合创始人、总经理、高级工程师李峥发表了以《固态电池，开启能源新势力》为主题的演讲。他在演讲中透露： 清陶在固态电池产品迭代领域有自己的认识和开发路径。 我们现在做的已经量产的产品的话属于第一代的固态电池，我们自己定义为半固态的电池。这一代固态电池有一些核心特点，第一个就是它整个能量密度是在现有的体系即240Wh/kg-420Wh/kg之间。 所谓固态电池，它里头既然叫半固态说明还有一定的液体，那么这就要给大家解释，里面确实有液体，液体的含量相较于液态锂电池的电解液而言，液含量略有减少，液含量大约在5-10%之间，同时液体的成分并不是电解液，和电解液相比它的成分上是有差别的，主要去除了相关的易燃易爆的一些添加剂。 因为我们通过从正极、负极和固态电解质相关的创新，可以去减少很多现在电解液中易燃易爆的添加剂所起到对应的作用，这样的体系为什么一定要加一定的液体，是因为目前按照延用现在我们的半固态电池，第一代电池的工艺所生产的电池，实际上最核心的没有100%解决固态和固体之间相接触的界面不够完美的问题。 我们都知道液体电池是饱和浸润的电解液，实际上中间大量的界面是由液体和固体之间相互浸润形成的，这样的结构可以理解成因为有液体，有一定的流动性，它是无孔不入，它的接触是非常完美的，固体和固体之间相关的接触实际上就是颗粒和颗粒之间的点接触，这样会导致界面接触的阻抗相对比较大。 为了解决这样的问题，我们通过在界面处添加相关的润湿液，使得我们的界面阻抗能实现降低，就可以让整个固态电池的体系能实现良好的运转，特别是我们要考虑到实用性、倍率性能、低温性能，还有相关寿命的要求。 这一代产品最高的能量密度可以做到420Wh/Kg，从沿用的三元材料正极体系来说，我们还要进一步去提高镍的含量，相当于提高正极材料的客容量，包括负极材料可以在石墨体系里增加更多硅的含量。从电解质的角度来说，主要是以氧化物为主，添加了聚合物形成了复合电解质，再加上我们润湿的浸润液体，在这里形成一种固态电池的体系，可以认为是一代解决目前在300多Wh/kg、批量地实现规模化量产的一代稳定技术。 在这一代技术和传统的液态电池相比，从产线和工艺的角度来说，我们目前来看约有30%的创新。 这个核心的创新主要体现在几个方面，第一个方面是纳米材料，特别是正极和负极材料表面的包覆改性，也就是我们减少了液体之后，我们需要将固态电解质均匀的包覆在正极和负极的表面，构建锂离子传导通道。 第二个是在正极和负极材料之间，我们需要固态电解质进行连续的固态电解质层成型，这是一个全新的工艺，同时还有由于液体含量的降低，我们的少液、贫液状态下的界面浸润和粘和形成了一代工艺的壁垒。 随着工艺的创新带来的设备创新，产线上就有了相关设备的不同，这一代电池是从2018年开始有面向3C领域的量产和出货，随着我们在2020年宜春1GWh的投产，包括今年我们昆山0.6GWh产线的投产，这一代电池目前已经拥有1.7GWh的产能，由于这一代技术的成熟和市场的拓展，我们已经开始在昆山有10GWh产能的建设。 第二代的固态电池是我们目前实际完成了小试，正在进入中试阶段一代电池，这一代电池是为了解决能量密度在400-500Wh/Kg的体系问题，从标志性液含量的角度来说是小于5%的，主要的正极材料，包括了高镍和镍锰二元层状的正极材料，负极材料主要是以含锂的复合负极为主，我们中间的固态电解质材料还是由现在第一代的材料固态电解质材料的延用，我们引入相关的卤化物和硫化物作为添加剂、这一代电池里面比较核心和第一代的差别在于中间没有任何的隔膜体系、材料。 因为没有了这一个隔膜，我们可以把液含量进一步降低，同时把能量密度进一步提升，在这里我们又引入了全新创新的工艺，包括了干法的热压的成膜技术和多层的卷对卷的复合技术，多层膜的复合的卷对卷技术会使得整个产线的长度，包括干压成型，会使得整个固态电池产线工序数量大幅得减少。 在整个产线上，我们有60%的创新设备，在这一代由于产线工序的减少和能量密度的提升，从单位成本上来说，相较于液态电池会有20%的下降。 第三代电池比较革命性的一代，全固态电池里没有任何一滴液体的添加，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的工作。 为什么要做全固态电池，一滴液体都没有？我们的目的是为了把它的能量密度提升到500Wh/Kg之上，这一代正极材料实际上是无锂缺锂材料，负极就是直接采用了锂，或者金属锂和金属锂的合金材料，固态电解质体系还是我们自己开发固态电解质体系的沿用和提升，在这里我们也有进一步的创新工艺，特别是多层膜的卷对卷复合的整体致密化的干压成型和直接形成从Layer到Cell的一个集成，在这里工序的数量进一步减少，整个设备的创新度进一步提升，同时也带来了单位成本进一步的下降。 从产能的角度来说，我们在第一代就是半固态电池领域已经规划了超过20GWh的产能，目前我们昆山的研发总部和昆山的产业基地已经有了0.7个GWh的产能，宜春也有了1GWh的产能，还有10GWh的产能已经在建。随着我们规模化的提升、产能不断提升，进一步地从动力电池到模组级别的均价也会逐步下降。以我们目前主流产品来进行均价核算，就是单体能量密度约360Wh/kg为例展示的一个，从去年到今年一直到2025年均价的下降和产能提升相关的概念。 从演讲中我们可以明确的发现，清陶能源按照半固态、准固态、全固态的发展顺序做了三代电池清晰的发展规划 第一代电池：半固态，正极三元高镍，负极碳硅负极，电解质中液体含量5—10%，氧化物电解质为主，添加了聚合物形成复合电解质（IPC），工艺上：纳米固态电解质涂覆以及固态电解质层成型——所谓的隔膜。能量密度目前360wh/kg,最高420wh/kg 第二代电池：准固态，正极三元高镍，镍锰，负极含锂的复合负极，电解质中液体含量小于5%，基于第一代氧化物与聚合物的复合IPC电解质中添加卤化物及硫化物。工艺上隔膜，类隔膜完全消失。能量密度400-500wh/kg 第三代电池：全固态，正极无锂缺锂材料，负极金属锂或含锂合金，固态电解质沿用IPC电解质体系。能量密度超过500wh/kg。 目前清陶能源量产和主要产能均为半固态电池 清陶能源固态电池最核心的东西还是固态电解质，其他固态电池厂商同样。 很多朋友可能没有听说过以氧化物电解质为主，添加了聚合物的复合电解质（IPC） 其实这是清陶能源创始人南策文院士于2021发表在顶级学术期刊Nature上的论文中提到的，也是清陶固态电解质发展的核心体系和方向。 下表为不同固态电解质的主要特性比较
聚合物和无机固态电解质的比较表明，两者均不满足高离子电导率和转移数（t+）、对电极的高稳定性、与成熟制造工艺的兼容性和成本效益的所有要求。南策文团队通过结合聚合物和无机固态电解质的互补优势，研发出IPC电解质，已成为满足所有这些要求的更好选择。IPC电解质继承了聚合物组分的柔性和可加工性，因此可以与用于传统锂离子电池的大规模和辊对辊制造工艺兼容。此外，由于无机组分和聚合物与无机相之间的协同作用，IPC电解质可实现增强的离子导电性和稳定性。 下图为IPC电解质中的离子导电性
下图为IPC电解质的稳定性
其中质量占比最大的Li7La3Zr2O12 就是氧化物锂镧锆氧（LLZO） 再看清陶能源第一代电池中所谓的陶瓷隔膜，也有详细的专利介绍
同样主要是以氧化物锂镧锆氧（LLZO）为体系 其实像赣锋锂业，卫蓝，QuantumScape，半固态电池的电解质与类隔膜主要都是基于氧化物体系，锂镧锆氧（LLZO）为主或锂镧钛氧（LLTO）
氧化物 锂镧锆氧中 氧化锆的用量 占比很大 根据清陶对第一代电池的阐述，隔膜以及正负极表面涂覆用的应该是纳米级别的氧化锆 目前国内氧化锆产能最大的是$三祥新材(SH603663)$ 年产能2.6万吨 其次是凯盛科技子公司年产能2.4万吨/年，二者占了全国氧化锆产能的50% $东方锆业(SZ002167)$ 今年募投项目3万吨氧化锆在建中 目前三祥新材与东方锆业提供给三元电池正极的氧化锆均达到了所谓的纳米级别 同时pvdf也是较大增量 聚合物我懒得挖了 占比较小 你们感兴趣自己挖吧 这篇文章很长 没吃饭 码了很久 如果有任何疏漏和错误 还望谅解 喜欢的朋友 麻烦点赞关注转发 一键三连 你的支持是我更新的动力 附前文链接 |
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来自： 巴拉拉皇家书摊 > 《尺上金，赤木茂，挖掘机》
