解鎖固態(tài)電池密碼：陶瓷固態(tài)電解質(zhì)粉體

固態(tài)電池摒棄了鋰離子電池中常用的揮發(fā)性液體電解質(zhì)，而不易燃的陶瓷電解質(zhì)粉體一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)具有一些有益的固有特性，如不可燃性、較大的機(jī)械強(qiáng)度、較寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口等，它們?cè)诎踩院褪褂脡勖确矫婢哂袩o可比擬的優(yōu)勢(shì)。

陶瓷在固態(tài)電池中的應(yīng)用

①電解質(zhì)材料。這些陶瓷材料具有高離子導(dǎo)電性能，能夠有效地傳輸離子（如鋰離子或鈉離子）在正負(fù)極之間進(jìn)行電荷平衡。與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)陶瓷具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性和安全性，能夠抑制電池的熱失控和電解液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

②導(dǎo)電電極材料。例如，鎢酸鹽陶瓷材料在固態(tài)鋰離子電池中作為正極材料，具有良好的離子和電子導(dǎo)電性能，可以提高電池的能量密度和功率輸出。此外，鈣鈦礦氧化物陶瓷在固態(tài)固態(tài)氧化物燃料電池中用作陽極材料，具有高離子導(dǎo)電性和催化活性，促進(jìn)燃料氧化反應(yīng)。

③封裝和保護(hù)層。陶瓷材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可以保護(hù)電池內(nèi)部組件免受外界環(huán)境的影響，并防止電池的機(jī)械破壞和氧化。

④界面調(diào)控材料。可以用于調(diào)控電極與電解質(zhì)之間的界面，提高電極和電解質(zhì)之間的相容性和電荷傳輸效率。

美國(guó)最大固態(tài)電池公司——ION Storage Systems

ION Storage Systems（ION）是美國(guó)一家專注于固態(tài)電池陶瓷電解質(zhì)的公司，其固態(tài)電池采用3D陶瓷結(jié)構(gòu)技術(shù)，摒棄了傳統(tǒng)石墨等材料，顯著提升了電池的儲(chǔ)能能力。

為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，ION在2023年9月曾與世界上最大的陶瓷供應(yīng)商之一Saint-Gobain（圣戈班）簽訂了陶瓷粉末供應(yīng)協(xié)議，確保了關(guān)鍵原材料的穩(wěn)定供應(yīng)。該協(xié)議要求圣戈班生產(chǎn)陶瓷粉末，ION將其應(yīng)用于新型固態(tài)電動(dòng)汽車電池。

此外，來自圣戈班的高科技陶瓷粉末制腦狀結(jié)構(gòu)，是ION新固態(tài)電池的核心，它具有正極和負(fù)極的多孔結(jié)構(gòu)，中間夾有致密、薄、固體電解質(zhì)。

今年五月份，ION宣布將在馬里蘭州貝爾茨維爾總部附近建設(shè)全美最大的固態(tài)電池工廠。該固態(tài)電池生產(chǎn)試點(diǎn)線計(jì)劃于今年內(nèi)啟動(dòng)，初始產(chǎn)能為1MWh，預(yù)計(jì)到2025年初產(chǎn)能將增至10MWh，長(zhǎng)期目標(biāo)是到2028年實(shí)現(xiàn)500MWh的產(chǎn)能。

能量單位換算公式：

1 MWh (兆瓦時(shí)) = 1000 kWh (千瓦時(shí))

1 GWh (吉瓦時(shí)) = 1000 MWh

1 TWh (太瓦時(shí)) = 1000 GWh

假設(shè)一輛新能源汽車的電池容量為100 kWh（100度電），那么1 MWh 的產(chǎn)能只能為10輛新能源汽車提供電池，2028年成功達(dá)到500MWh的年產(chǎn)能，也僅能夠?yàn)?000輛新能源汽車提供電池。

而我國(guó)規(guī)模最大的固態(tài)鋰電池量產(chǎn)項(xiàng)目和全球規(guī)模領(lǐng)先的固態(tài)鋰電池量產(chǎn)項(xiàng)目——清陶昆山固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后年裝機(jī)量將達(dá)10GWh，這將是美國(guó)最大固態(tài)電池工廠的20倍。

國(guó)內(nèi)企業(yè)布局陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)

國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)在氧化物陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)方面布局較早，許多企業(yè)已經(jīng)初步具備了LATP、LLZO和LLTO等具有應(yīng)用潛力的固態(tài)電解質(zhì)的量產(chǎn)能力，LATP、LLZO以及LLTO已實(shí)現(xiàn)噸級(jí)以上制備。在國(guó)內(nèi)布局的企業(yè)包括溧陽天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司（天目先導(dǎo)）、清陶能源發(fā)展股份有限公司（清陶能源）、贛鋒鋰業(yè)集團(tuán)股份有限公司（贛鋒鋰業(yè)）、上海洗霸科技股份有限公司（上海洗霸）等。

天目先導(dǎo)可批量生產(chǎn)粒徑D50為4μm、離子電導(dǎo)率在0.1mS/cm以上的LATP粉體，并且可提供粒徑D50為300nm的LATP離子導(dǎo)體油系漿料以及厚度在15μm 的LATP涂覆隔膜。

清陶能源實(shí)現(xiàn)了對(duì)LLZO以及LLTO陶瓷粉體、復(fù)合正負(fù)極等材料的量產(chǎn)，并且可以生產(chǎn)制備不同類型的離子導(dǎo)體復(fù)合隔膜等。

贛鋒鋰業(yè)具備百噸到千噸級(jí)納米石榴石型以及NASICON型氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的生產(chǎn)能力，其所生產(chǎn)的石榴石型電解質(zhì)離子電導(dǎo)率可達(dá)1.2mS/cm以上，NASICON型電解質(zhì)離子電導(dǎo)率可達(dá)0.6mS/cm以上。同時(shí)贛鋒鋰業(yè)也可生產(chǎn)不同規(guī)格的石榴石型、NASICON型氧化物固態(tài)電解質(zhì)陶瓷片，可用于固態(tài)電池、特殊電化學(xué)器件、傳感器等。

上海洗霸成立先進(jìn)材料事業(yè)部，與中科院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團(tuán)隊(duì)合作，期望產(chǎn)量達(dá)噸級(jí)到十噸級(jí)/年固態(tài)鋰離子電池粉體材料。

小結(jié)

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和電動(dòng)汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，固態(tài)電池被認(rèn)為是最有前景的電池技術(shù)之一，大量企業(yè)正在努力推進(jìn)不同類型固態(tài)電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化以及相應(yīng)固態(tài)電池的制備。其中陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)作為固態(tài)電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，憑借其出色的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的離子傳導(dǎo)性能，展現(xiàn)出強(qiáng)大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景，并且國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已實(shí)現(xiàn)噸級(jí)以上制備，推動(dòng)固態(tài)電池的發(fā)展邁向新的高度。

參考來源：

郭向欣等.當(dāng)前固體電解質(zhì)與固態(tài)電池技術(shù)成熟度分析

固態(tài)電池圈的“代表人物”：陶瓷！.粉體網(wǎng)

圣戈班：陶瓷電池最新進(jìn)展.固態(tài)電池SSB

號(hào)稱美國(guó)最大固態(tài)電池ION Storage Systems公司，是PPT技術(shù)還是有真實(shí)力？揭開其真實(shí)面紗！.中科聯(lián)化研究院

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）

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