解鎖固態電池密碼：陶瓷固態電解質粉體

固態電池摒棄了鋰離子電池中常用的揮發性液體電解質，而不易燃的陶瓷電解質粉體一直是人們關注的焦點。陶瓷基固態電解質具有一些有益的固有特性，如不可燃性、較大的機械強度、較寬的電化學穩定性窗口等，它們在安全性和使用壽命等方面具有無可比擬的優勢。

陶瓷在固態電池中的應用

①電解質材料。這些陶瓷材料具有高離子導電性能，能夠有效地傳輸離子（如鋰離子或鈉離子）在正負極之間進行電荷平衡。與傳統液態電解質相比，固態電解質陶瓷具有更高的化學穩定性和安全性，能夠抑制電池的熱失控和電解液泄漏的風險。

②導電電極材料。例如，鎢酸鹽陶瓷材料在固態鋰離子電池中作為正極材料，具有良好的離子和電子導電性能，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固態氧化物燃料電池中用作陽極材料，具有高離子導電性和催化活性，促進燃料氧化反應。

③封裝和保護層。陶瓷材料具有良好的機械強度、化學穩定性和熱穩定性，可以保護電池內部組件免受外界環境的影響，并防止電池的機械破壞和氧化。

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

美國最大固態電池公司——ION Storage Systems

ION Storage Systems（ION）是美國一家專注于固態電池陶瓷電解質的公司，其固態電池采用3D陶瓷結構技術，摒棄了傳統石墨等材料，顯著提升了電池的儲能能力。

為了實現大規模生產，ION在2023年9月曾與世界上最大的陶瓷供應商之一Saint-Gobain（圣戈班）簽訂了陶瓷粉末供應協議，確保了關鍵原材料的穩定供應。該協議要求圣戈班生產陶瓷粉末，ION將其應用于新型固態電動汽車電池。

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

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全美最大的固態電池工廠。該固態電池生產試點線計劃于今年內啟動，初始產能為1MWh，預計到2025年初產能將增至10MWh，長期目標是到2028年實現500MWh的產能。

能量單位換算公式：

1 MWh (兆瓦時) = 1000 kWh (千瓦時)

1 GWh (吉瓦時) = 1000 MWh

1 TWh (太瓦時) = 1000 GWh

假設一輛新能源汽車的電池容量為100 kWh（100度電），那么1 MWh 的產能只能為10輛新能源汽車提供電池，2028年成功達到500MWh的年產能，也僅能夠為5000輛新能源汽車提供電池。

而我國規模最大的固態鋰電池量產項目和全球規模領先的固態鋰電池量產項目——清陶昆山固態鋰電池產業化項目達產后年裝機量將達10GWh，這將是美國最大固態電池工廠的20倍。

國內企業布局陶瓷基固態電解質

國內眾多企業在氧化物陶瓷基固態電解質方面布局較早，許多企業已經初步具備了LATP、LLZO和LLTO等具有應用潛力的固態電解質的量產能力，LATP、LLZO以及LLTO已實現噸級以上制備。在國內布局的企業包括溧陽天目先導電池材料科技有限公司（天目先導）、清陶能源發展股份有限公司（清陶能源）、贛鋒鋰業集團股份有限公司（贛鋒鋰業）、上海洗霸科技股份有限公司（上海洗霸）等。

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

清陶能源實現了對LLZO以及LLTO陶瓷粉體、復合正負極等材料的量產，并且可以生產制備不同類型的離子導體復合隔膜等。

贛鋒鋰業具備百噸到千噸級納米石榴石型以及NASICON型氧化物固態電解質材料的生產能力，其所生產的石榴石型電解質離子電導率可達1.2mS/cm以上，NASICON型電解質離子電導率可達0.6mS/cm以上。同時贛鋒鋰業也可生產不同規格的石榴石型、NASICON型氧化物固態電解質陶瓷片，可用于固態電池、特殊電化學器件、傳感器等。

上海洗霸成立先進材料事業部，與中科院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團隊合作，期望產量達噸級到十噸級/年固態鋰離子電池粉體材料。

小結

隨著全球能源結構的轉變和電動汽車市場的不斷擴大，固態電池被認為是最有前景的電池技術之一，大量企業正在努力推進不同類型固態電解質的產業化以及相應固態電池的制備。其中陶瓷基固態電解質作為固態電池技術的重要發展方向，憑借其出色的化學穩定性和優良的離子傳導性能，展現出強大的潛力和廣闊的應用前景，并且國內一些企業已實現噸級以上制備，推動固態電池的發展邁向新的高度。

參考來源：

郭向欣等.當前固體電解質與固態電池技術成熟度分析

固態電池圈的“代表人物”：陶瓷！.粉體網

圣戈班：陶瓷電池最新進展.固態電池SSB

號稱美國最大固態電池ION Storage Systems公司，是PPT技術還是有真實力？揭開其真實面紗！.中科聯化研究院

（中國粉體網編輯整理/蘇簡）

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