鉅大LARGE | 點擊量：749次 | 2021年11月09日
固態(tài)電池大戰(zhàn)在即，日本要當霸主，我國如何應對
從五月開始，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將與公司合作，共同推進高效率全固態(tài)電池的開發(fā)，欲奪回日本在電池領域的市場份額，而我國的科研機構和電池公司將如何面對固態(tài)電池領域越來越激烈的競爭呢？
《汽車商業(yè)評論》記者錢亞光
近日，據(jù)日本《日經(jīng)亞洲評論》報道，從今年五月開始，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將向技術研究協(xié)會——鋰離子電池材料評價研究中心（LIBTEC）投資16億日元(約人民幣9349萬元)。除了東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等材料廠商外，豐田、本田、日產(chǎn)等大型汽車廠商，以及松下、GS湯淺等電池供應商也將加入LIBTEC的研發(fā)工作。
日本政府加大全固態(tài)電池研發(fā)力度的目的之一是重新占據(jù)市場主導地位。《日本經(jīng)濟新聞》稱，在車用電池領域，日本公司走在前列，2013年占據(jù)全球70%的市場份額，但2013年市場占有率僅為3%的我國公司，到2016年已擴大到26%，而日本公司則減至41%。
左側為傳統(tǒng)液態(tài)電池，右側為全固態(tài)電池
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
固態(tài)電池是指電池結構中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件，由“正極材料+負極材料”和固態(tài)電解質組成。由于固態(tài)鋰離子電池的安全性能好、能量密度高和循環(huán)壽命長，還具備柔性強、回收方便等優(yōu)勢，甚至可望實現(xiàn)快速充電，是電動汽車理想的動力鋰離子電池。
LIBTEC希望研發(fā)一種固態(tài)電池，使電動汽車的續(xù)航里程到2025年前能達到550km，到2050年前能達到800km。
受全球強化環(huán)保限制的影響，純電動汽車將正式開始普及。在我國工信部的規(guī)劃中，2020年新能源汽車年產(chǎn)銷量將從2017年的77萬輛上升到的200萬輛，保有量為500萬輛。日本計劃到2030年將新一代汽車在新車銷售中所占比例擴大到20~30%，預計純電動汽車的核心零部件蓄電池的市場規(guī)模也將大幅上升。
按照《我國制造2025》確定的技術目標，2020年鋰離子電池能量密度到300Wh/kg，2025年能量密度達到400Wh/kg，2030年能量密度達到500Wh/kg。顯然，新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展要新的技術儲備，全固態(tài)鋰離子電池則有望成為下一代車用動力鋰離子電池主導技術路線。
對此，我國工程院院士陳立泉曾明確表示：“能量密度要進一步提高，必須從現(xiàn)在開始考慮全固態(tài)鋰離子電池?！?/p>
知名鋰電材料及產(chǎn)業(yè)化專家肖向前指出：“當前磷酸鐵鋰、三元等鋰離子電池在放電過程中，電芯溫度逐漸上升，絕對的安全性難以通過電池自身解決，金屬鋰固態(tài)電池是鋰電的最終目標。”
固態(tài)電池使用固態(tài)電極及電解質，其中的固態(tài)物質能夠代替鋰離子電池中的液態(tài)電解質，從而促使產(chǎn)品能量密度提升、重量減輕、安全性改善并縮短充電時間。全固態(tài)鋰離子電池當前能量密度約400Wh/Kg，預估最大潛力值達900Wh/Kg。
在我國，已經(jīng)有不少科研機構和相關公司都在固態(tài)電池上下了大功夫，并已經(jīng)取得了階段性成果。
我國科學院作為科技國家隊，在固態(tài)電池的研發(fā)上，也起到了排頭兵的用途。早在2013年十一月中科院就布局了一個戰(zhàn)略先導項目，希望能基于納米技術，研究開發(fā)一些能夠實際應用的先進材料和電池技術，目標是300Wh/kg。在固態(tài)電池開發(fā)方面，中科院旗下的5個研發(fā)團隊也都取得了階段性進展。
中科院化學所
郭玉國團隊，開發(fā)了聚醚-丙烯酸酯的聚合物固體電解質，耐受氧化電壓是4.5伏。
中科院寧波材料所
許曉雄團隊，開發(fā)了氧化物、硫化物固體電解質材料、陶瓷片、全固態(tài)電池，并與贛峰鋰業(yè)合作嘗試產(chǎn)業(yè)化。目前該團隊在國內(nèi)已率先研發(fā)出容量為0.2Ah～10Ah的系列固態(tài)單體電池，10Ah固態(tài)單體電池能量密度達到260Wh/kg，循環(huán)1000圈容量保持率達88％。
中科院青島生物能源所
崔光磊團隊開發(fā)了聚丙烯碳酸酯、纖維素、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質，研發(fā)的電池能量密度達到了300Wh/kg，并首次在馬里亞納海溝完成了深海測試。
中科院上海硅酸鹽研究所
郭向欣團隊，開發(fā)了聚環(huán)氧乙烷、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質，并研制了2Ah級的固態(tài)鋰離子電池。
我國科學院物理研究所
該團隊研制的10Ah軟包電芯能量密度達到310-390Wh/kg，體積能量密度達到了800-890Wh/L，該電池可以在室溫和90℃循環(huán)。
另外，國內(nèi)領先的電池公司在固態(tài)電池技術儲備與研發(fā)上，也取得了不錯的成績，有不少公司已經(jīng)推出了行業(yè)領先的產(chǎn)品，只是商業(yè)化還要過些時日。
萬向集團
2017年九月，萬向旗下的A123系統(tǒng)公司投資了美國固體動力（SolidPower）公司，后者專注于開發(fā)/擴展具有競爭力的固態(tài)電池，已創(chuàng)造出容量比傳統(tǒng)鋰離子高2-3倍的固態(tài)電池。
2018年二月，萬向參投的SolidPower確認與寶馬合作，雙方將共同研發(fā)新一代電動汽車固態(tài)電池技術，根據(jù)寶馬的表態(tài)，新一代固態(tài)電池產(chǎn)品將在寶馬xEV系列車型上應用。
最近，萬向集團旗下的A123系統(tǒng)公司又投資了美國離子材料（IonicMaterials）公司，以擴大其在固態(tài)電池領域的競爭力。離子材料公司研發(fā)出了一種特殊的聚合物電解質，能將新型固態(tài)電池的安全性和工作性能提高到一個全新的水平。
寧德時代
寧德時代重要在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關的研發(fā)工作，并取得了初步進展，同時針對材料體系特點和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，寧德時代開展了全固態(tài)電池制造工藝路線的設計和探索。
聚合物固態(tài)鋰金屬電池方面，寧德時代基于對電池的導電、加工性能的改進，設計制作了容量為325毫安時的聚合物電芯，循環(huán)300圈以上，容量保持率達到82％。
硫化物固態(tài)電池方面，寧德時代通過對鈷酸鋰正極材料進行表面修飾，包覆改性后，改善了正極和固態(tài)電解質的界面相容性，并開發(fā)出混合工藝，提高了硫化物在空氣中的穩(wěn)定性，為電池制造成本降低供應可能。
比亞迪
比亞迪創(chuàng)始人王傳福在2016年中期就確定了以固體電池為鋰離子電池未來方向的發(fā)展基調，開始布局固態(tài)電池的相關研發(fā)工作。
目前比亞迪正在積極推進下一代鋰離子電池的研發(fā)部署，并將固態(tài)電池作為下一步研發(fā)重點，積極推進相關產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)應用，并確定將在未來10年，最快5年內(nèi)供應該類型產(chǎn)品。
2017年八月，比亞迪申請了一種全固態(tài)鋰離子電池正極復合材料及一種全固態(tài)鋰離子電池的發(fā)明專利。
2018年一月，比亞迪在互動平臺上表示，公司正在積極推進固態(tài)電池項目商用。
國軒高科
2017年十一月，國軒高科對外表示已著手研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質。
2018年二月，國軒高科透露，根據(jù)與國際一線整車品牌合作的產(chǎn)品要求，公司正在美國和日本分別開發(fā)下一代動力鋰離子電池生產(chǎn)技術工藝與生產(chǎn)設備，相關產(chǎn)品將使用半固態(tài)電池技術。
2018年三月，國軒高科在在投資者互動平臺表示公司半固態(tài)電池技術目前已處于實驗室向中試轉換階段。
贛鋒鋰業(yè)
2017年，贛鋒鋰業(yè)通過引進中科院寧波材料所的許曉雄團隊，正式切入到固態(tài)電池板塊。資料顯示，許曉雄博士團隊已申請專利30余項（國際專利6項、我國專利27項），其中已授權專利11項。
2017年十二月，贛鋒鋰業(yè)通告稱，擬以不超過2.5億元投資建設第一代固態(tài)鋰離子電池研發(fā)中試生產(chǎn)線，規(guī)模在億瓦時級以上，6億瓦時的動力鋰離子電池生產(chǎn)線未來著重跟固態(tài)電池做匹配。
2018年三月，贛鋒鋰業(yè)確認正在對固態(tài)電池進行廣泛的試驗工作，并在寧波設立了一家研發(fā)中心和一條試驗生產(chǎn)線，以加快固態(tài)鋰離子電池技術的商業(yè)化。
贛鋒鋰業(yè)擬在2018年六月前實現(xiàn)第一代固態(tài)鋰離子電池工藝技術成熟，并通過第三方認證；在2018年十二月建成億瓦時級第一代固態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)線，并實現(xiàn)送樣；在2019年十二月完成3億元固態(tài)電池銷售，并分別推動二代固態(tài)鋰離子電池技術成熟，三代固態(tài)鋰離子電池完成可行性研究。
珈偉股份
2016年十一月，珈偉股份在滬舉辦全球首例固態(tài)鋰離子電池與快充鋰離子電池產(chǎn)品公布會，演示了新產(chǎn)品性能。
2018年四月，珈偉股份控股子公司珈偉龍能的固態(tài)儲能科技公司正式投產(chǎn)試運行。據(jù)稱，新型鋰離子電池采用納米技術，具有強大的儲能能力，在快速充電、壽命、安全性等方面優(yōu)勢顯著。完成一次充電僅需5分40秒，可實現(xiàn)2萬次的充放電循環(huán)，預計電池壽命最長可達100年，被三枚鐵釘深深擊穿后，仍可正常工作。
雖然我國在固態(tài)電池方面的技術積淀并不如法國Bolloré、美國Sakti3和日本豐田等國外公司，但是在發(fā)展速度和推進力度方面，我國已經(jīng)走在世界前列。從目前的各方進展來看，無論是車企還是鋰電公司，有關固態(tài)電池的前景看好，并開始進行布局，但是在最近幾年，大規(guī)模量產(chǎn)依然是不現(xiàn)實的事情。
除了固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術成熟度還有待加強，能形成規(guī)模產(chǎn)量的公司有限，規(guī)?；a(chǎn)要克服很多困難等技術方面的原因之外，固態(tài)電解質的成本問題也是各方亟需解決的難點。從全球來看，固態(tài)電池仍處于推廣發(fā)展期。
從固態(tài)電池的研發(fā)來看，未來要發(fā)展全固態(tài)金屬鋰離子電池，負極全部為鋰，但目前還面對著很大的挑戰(zhàn)。而介于全固態(tài)和液態(tài)電解質鋰離子電池之間的技術，如混合固液電解質電池，可能會在提升能量密度的同時，兼顧安全性、倍率特性、循環(huán)性，會首先實現(xiàn)商業(yè)化。隨著技術的突破，各種綜合技術指標的提升，以及材料成本的大幅下降，全固態(tài)電池才會大規(guī)模進入電動汽車市場。
汽車商業(yè)評論認為，日本這種政府與公司齊心協(xié)力研發(fā)固態(tài)電池的做法值得我們借鑒，把國家科研機構強大的研發(fā)能力和公司切合實際的產(chǎn)業(yè)化需求相結合，多一些贛鋒鋰業(yè)和中科院寧波材料所這樣的合作，應該可以更快地將科研成果產(chǎn)品化，不光從技術上，也從規(guī)模上、成本上，更快地將先進技術轉化為生產(chǎn)力，從而促進我們電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。
