清陶：半固态先行 全固态如何走向产业化？

对于研究陶瓷材料起家的清陶来说，深知纯氧化物路线无法将全固态电池推向量产。

所以，最为关键的固态电解质材料，清陶采用较高离子电导率的无机物材料匹配加工兼容性好的聚合物材料。高电压锰基正极+有机-无机复合固态电解质+含锂复合负极，勾勒出清陶全固态电池技术路线。

但是走向产业化，依然存在材料、工艺、设备、系统层面的难题。

01.

全固态电池产业化难题

材料层面，由于全固态电池技术路线区别于液态电池，除了离子导电率、安全性、稳定性、加工性、成本等几大主要指标需要均衡，正、负极与复合电解质的界面匹配也成为一大难题。

在固态电池方案中，界面问题很大一部分是由于电解质形态的改变而产生。一方面涉及正负极与电解质之间的大界面接触，另一方面是颗粒之间的接触。

颗粒之间的接触问题，主要是由于硫化物、氧化物、聚合物材料颗粒硬度不同，高压力下内部压实程度存在差异，这也是清陶采用有机+无机复合固态电解质路线的核心原因。

其次就是正极界面问题，锂电池在循环过程中，正极脱锂嵌锂会经历相变、晶格膨胀和收缩以及结构的变化，体积相应会发生改变。在固态电解质前提下，固态电解质与电极材料为固固界面接触，对体积变化更为敏感，充放电过程中容易造成电解质与电极颗粒接触变差甚至产生裂纹，反复收缩膨胀导致界面接触不稳定，阻抗变大。

针对改问题，清陶用高电压锰基正极材料提升单体电压。与此同时，界面处采用以耐高压的卤化物为主的无机成分，提升界面稳定性，更好发挥电化学性能。

在此过程中，清陶高层曾公开表示，目前已经做了一些关键材料的开发，比如锆基低成本卤化物的电解质目前规模化量产，实际上目前规模化量产的室温离子电导率超过4mS/cm。

负极同样存在固固界面问题，清陶的解决方案是采用含锂的复合负极增强其与固态电解质的相容性。

除了材料优化或者体系的更换，在工艺层面，为了增强界面接触以及提升电化学性能，开发干法一体成型工艺、高载量复合正极高致密度成型工艺、超薄复合固态电解质膜成型工艺也是产业化的关键。

当然，产业化过程中，不只是界面，全固态电池产业化落地到材料本身，也有很多问题需要攻克。以正极材料为例，如何提升材料的克容量、降低成本、提升循环性能，负极材料上，含锂复合材料的开发、超宽超薄锂带灯温挤压工艺/精确轧制技术，均被清陶视为全固态电池量产的重难点。

设备层面，如果是采用干法工艺、全固态电解质，叠加工艺变更，很多设备需要重新开发。清陶在全固态电池产业化方案中提到的干法混料设备、干法电极片-集流体复合设备、电极片/电解质复合设备、金属锂基负极装配设备，均需要重新开发，这对于本就重研发投入的固态电池企业来说，资金和开发压力都非常大，需要联合产业链企业进行。

目前，清陶表示已经完成干法关键设备的开发。与此同时，也和先惠技术、纳科诺尔、利元亨等企业建立固态电池设备联合研发关系。

全固态电池在系统集成方面，与液态电池也存在一些差异，电解液变为固态电解质、隔膜取消，这对于电池热管理开发、轻量化设计等等均有所影响。

涉及材料、工艺、设备、系统集成四大维度的重难点，到上车验证，全固态动力电池产业化还要多久？

按照清陶在固态电池三步走战略中的规划：

（1）2024年量产第一代光年固态电池已在智己L6搭载：产品液体含量降至10%，采用聚合物-无机物复合电解质。

（2）2025年开始在上汽集团自主品牌实现规模搭载：采用高电压锰基正极、耐高压电解质界面层设计、致密化成型工艺，实现无机电解质锂离子电导率>4mS/cm，液体含量降至5%。

（3）2026年全固态电池正式量产：2025年底完工首条全固态电池量产线，液体含量降为0，实现极片致密度达到98%，2026年全固态电池正式量产。

一方面，逐步减少电解液含量，直至走向全固态；另一方面，通过工艺不断提升电池性能；与此同时，逐步落地产能，上汽清陶的首条全固态电池生产线一期0.5GWh预计在2025年底完工。

从时间线来看，清陶现阶段的重点，主要是落地半固态电池产品。

02.

半固态先行为全固态蓄力

目前清陶第一代半固态电池落地上汽智己L6，官方此前给出的一代电芯能量密度规划可做到368Wh/kg，与实际装车数据应该存在差异。

据此对比现有的三元锂电池，能量密度上的优势也比较明显。

做全固态电池一个很重要的目标，也是整个行业的初衷，就是能量密度。清陶三代固态电池能量密度从300Wh/kg过渡到超500Wh/kg，如果能量产落地，相当于在起跑线上完胜液态电池。

还有一个能否匹敌现有液态电池市场的一个重要指标——成本。

清陶能源总经理李峥曾在2023年下半年向媒体透露，368Wh/kg的半固态电池成本与彼时三元锂电池成本相当。

而在清陶的规划中，下一代固态电池产品成本将比同等规格的磷酸铁锂或三元电池低10%-30%；2027年推出的第三代产品，计划再降本40%。

如李峥所言，降本不仅在企业层面，还有整个产业链的协同作用。但如果成本层面也能硬刚液态锂电池产品，规模化量产指日可待。

做全固态的初衷之一，是为了减少液态电解质易燃易挥发等安全隐患。就目前部分机构的部分实验来看，小容量半固态电池确实比同等指标的液态电池来说安全系数稍高一点，但测试结果因具体电池而异，目前并不能达到十分安全的程度。而且从单一测试指标判断不完全科学，所以安全性有待考究。

整体而言，在理论层面，清陶能源目前已经推出的半固态电池，成本、能量密度、安全性三大指标均可圈可点。这也从侧面验证，无论是半固态还是全固态，只要能靠近安全和性能提升的目标，均有其存在的合理性。

这与清陶的想法不谋而合，清陶做半固态的核心逻辑就是基于全固态的电池结构和材料来做，加部分液体是为了让电池倍率、界面阻抗、循环寿命等等指标相对优化一些，这样更容易走向量产。

所以在核心材料、关键工艺和核心设备的开发上都是协同进行。

最终，走向高性能、高安全的全固态。