鉅大LARGE | 點擊量：612次 | 2022年07月18日
全球固態(tài)電池爭霸賽：尋找下一個CATL
固態(tài)電池已成為全球新一輪動力鋰電池競賽中的投資熱點。
2018年底，成立于2010年的半固態(tài)鋰電池研發(fā)公司24M對外宣布，獲得D輪2180萬美元融資，資本方來自高級陶瓷制造商京瓷集團和全球貿(mào)易公司伊藤忠商事。
這家公司從曾經(jīng)風靡一時后來衰落的美國磷酸鐵鋰電池公司A123分拆出來，由我國科學家蔣業(yè)明博士創(chuàng)立，目標是為電動汽車開發(fā)價格合理的高能量密度電池，將從2019年開始建立一個小型產(chǎn)業(yè)化廠，希望在2020年交付首批產(chǎn)品。
24M是新一輪全球動力鋰電池競賽中的一個縮影。從全球來看，我國、日本、韓國、德國、法國、美國、英國、澳大利亞等國家的諸多車企和電池公司紛紛下注固態(tài)電池，希望打造下一個超級明星公司——固態(tài)電池領(lǐng)域的"CATL"，后者是我國創(chuàng)業(yè)板估值最高的公司。
不過，我國化學和物理電源協(xié)會秘書長劉彥龍對"大出行下半場"（wx：investchuxing)分析，固態(tài)電池現(xiàn)在還處于實驗室階段，在研發(fā)上還面比較較多的難以客服的障礙，預計真正量產(chǎn)至少要在五年之后。
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為何搶注下一代鋰電池
電動汽車的蓬勃發(fā)展對動力鋰電池的能量密度和安全性提出了更高的要求。
2017年我國政府十一月公布的《節(jié)能和新能源汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃提出，純電動汽車動力鋰電池的單體能量密度在2020年達到300Wh/kg，2025年達到400Wh/kg,2030年達到500Wh/kg。
這對現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池而言是一個很高的目標。"TSLA用的電池目前是全球能量密度最高的動力鋰電池，2018年初TSLA宣布和松下聯(lián)合研發(fā)的21700單體能量密度達300Wh／kg，而國內(nèi)一般電芯廠商的單體能量密度在230Wh／kg左右，到2020年實現(xiàn)國家要求的300Wh/kg挑戰(zhàn)很大。"清陶能源董事長馮玉川解釋，但固態(tài)電池就相對容易實現(xiàn)這一目標。
作為下一代電池技術(shù)的固態(tài)電池，對很多人而言是一個比較模糊的概念。
簡單地說，固態(tài)鋰電池是相對液態(tài)鋰電池而言，是指結(jié)構(gòu)中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲能器件。具體來說，它由"正極材料+負極材料和電解質(zhì)"組成，而液態(tài)鋰電池則由正極材料+負極材料+電解液和隔膜組成。
中科院物理所研究員、固態(tài)離子學課題組組長黃學杰對"大出行下半場"（wx：investchuxing)介紹，固態(tài)鋰電池采用金屬鋰作為負極，固體無機或高分子材料作為電解質(zhì)，能量密度比采用同類型正極材料的鋰電子電池高20%-30%。
馮玉川分析，"全固態(tài)鋰電池單體的能量密度在實驗室可以到430Wh/kg以上，在中試階段可達375Wh/kg，在量產(chǎn)階段可以輕松達到300Wh/kg以上。"
在能量密度之外，安全性是固態(tài)電池的更大優(yōu)勢。對此，我國科學院青島生物能源和過程研究所副研究員董衫木表示，目前液態(tài)鋰電池選擇使用的液態(tài)有機電解液易燃易爆，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液，是我們公認可以提升鋰電池安全性能最為有效的方法之一。
清華大學材料學院副教授李亮亮分析，固態(tài)電解質(zhì)不易燃，還不會出現(xiàn)液態(tài)電解液，因此不帶腐蝕性，是解決電池安全性問題的有效方法，也符合未來電池發(fā)展的趨勢。
同時，固態(tài)電解質(zhì)較高的機械強度也能有效地抑制電池循環(huán)過程中鋰枝晶的刺穿,使鋰金屬負極的應用成為可能。
根據(jù)北京理工大學材料學專業(yè)碩士研究生楊豪等人的研究，在全固態(tài)鋰電池中,由于這種鋰金屬負極的設(shè)計,一方面電池的重量能量密度和體積能量密度將得到進一步的提升,且其正極材料可以延伸到更多的其他材料;另一方面,鋰金屬負極的應用也帶來了鋰枝晶生長所引起的安全問題。而固態(tài)電解質(zhì)具有良好的機械性能,能有效地防止鋰枝晶的穿透并抑制其生長,兼具電解質(zhì)和隔膜的功能。
根據(jù)固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)的狀態(tài)，可以將固態(tài)電池分為全固態(tài)和半固態(tài)電池，前者的電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)，后者就是一半固態(tài)電解質(zhì)、一半液態(tài)電解質(zhì)，如本文開篇提到的24M這家公司的產(chǎn)品。
全球固態(tài)電池最新進展
正是因為固態(tài)電池具有這么多的優(yōu)點，世界多國政府都高度重視固態(tài)電池的研發(fā)，上市公司和創(chuàng)業(yè)公司紛紛投資固態(tài)電池這一全新賽道。
其中，日本在全球遙遙領(lǐng)先。2018年七月，日本國立研究機構(gòu)——新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)對外宣布啟動第二階段固態(tài)鋰電池研發(fā)項目，并為此斥資100億日元(約合人民幣5.9億元)，成員包括23家整車及電池、材料廠商，另外還有15家大學及公共研究機構(gòu)，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。
日本公司在固體電池方面的研究開始的較早，水平較高，尤其是在硫系固態(tài)電解質(zhì)方面，日本豐田汽車公司近日披露了其全固態(tài)電池的框架，并計劃于本世紀20年代初實現(xiàn)商業(yè)化。
在韓國，三大蓄電池廠商LG化學、三星SDI和SK創(chuàng)新2018年十一月對外宣布，聯(lián)手開發(fā)核心電池技術(shù)，將成立一個規(guī)模1000億韓元的基金，計劃在固態(tài)電池、鋰金屬電池和鋰硫電池領(lǐng)域進行研發(fā)，來打造下一代電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
2018年十一月，德國總理默克爾將計劃撥發(fā)10億歐元用于支持德國的一家電池生產(chǎn)商，同時也將資助一家電池研發(fā)機構(gòu)，用于開發(fā)下一代的固態(tài)電池。德國政府的這一舉措是為了減少德國車企有關(guān)中日韓電池供應商的依賴。其中，大眾和寶馬公司也在大力發(fā)展固體電池，可能從2024或2025年開始批量生產(chǎn)。
在法國，博洛雷（Bolloré）公司一直致力于聚合物全固態(tài)電池的研究，其子公司BatScap生產(chǎn)的PEO基固態(tài)鋰電池用于電動汽車，是國際上第一個采用固態(tài)鋰電池的電動汽車案例，但該聚合物固態(tài)電池要在80℃下工作，且比能量不夠高，未顯示出相較于液態(tài)電解質(zhì)電池的優(yōu)勢。
美國則主攻基于聚合物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池的研發(fā)路線，美國先進電池聯(lián)合會（USABC）提出在2020年將電芯能量密度提高至350Wh/kg。一些初創(chuàng)的電池公司如Sakit3、SEEO、QuantumScape和SolidPower等紛紛宣布在高能量密度全固態(tài)鋰電池研發(fā)方面取得重大進展。
其中，2015年Sakti3表示將開發(fā)出能量密度為當前鋰電池2倍的全固態(tài)電池，而成本只要鋰電池的五分之一。自2012年以來，蘋果公司就已經(jīng)開始布局全固態(tài)電池技術(shù)的專利。2017年，美國專利商標局公布了蘋果一項和固態(tài)電池充電技術(shù)相關(guān)的新專利。
相比世界其他各國，我國的固態(tài)電池進展要更快。中科院寧波材料技術(shù)和工程研究所牽頭承擔的納米先導專項"全固態(tài)電池"課題在去年年底通過驗收。這一技術(shù)突破將進一步推動國內(nèi)全固態(tài)鋰電池的規(guī)模應用，有望讓新能源汽車續(xù)航更久，更安全。
在公司方面，作為全球最大的動力鋰電池和新能源汽車生產(chǎn)國，我國動力鋰電池公司和車企則表示了對動力鋰電池最濃厚的興趣。
在上市公司領(lǐng)域，當升科技表示，正在持續(xù)關(guān)注固態(tài)鋰電前沿技術(shù)信息，并已開展前瞻性開發(fā)工作，預計2025年以后固態(tài)鋰電可逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；CATL，在聚合物固態(tài)鋰金屬電池和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進展，其在固態(tài)電池上的思路是對正極材料做了保護，提高兼容的問題；比亞迪，曾于2017年八月申請了一種全固態(tài)鋰電池正極復合材料及固態(tài)鋰電池發(fā)明專利，并在2018年一月表示正在積極推進固態(tài)電池項目商用；國軒高科2018年三月對外表示，半固態(tài)電池技術(shù)已處于實驗室向中試轉(zhuǎn)換階段；贛鋒鋰業(yè)2018年三月表示，正在對固態(tài)電池進行廣泛試驗工作，擬在2018年十二月建成第一代固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，在2019年十二月完成3億元固態(tài)鋰電池銷售，并推動第二代固態(tài)鋰電池技術(shù)成熟化，實現(xiàn)第三代固態(tài)鋰電池可研。
在創(chuàng)業(yè)公司領(lǐng)域，中科院物理所背景、中科院院士陳立泉和北汽新能源原總工俞會根投資的背景衛(wèi)藍新能源科技有限公司，在江蘇溧陽成立了江蘇衛(wèi)藍新能源電池有限公司，正在建設(shè)電池中試線；已經(jīng)完成B輪融資的清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司在2018年十一月對外宣布，其建成的全國首條固態(tài)鋰電池產(chǎn)線已于十一月正式投產(chǎn)。
固態(tài)電池尚在研發(fā)階段
盡管全球的固態(tài)電池研發(fā)和投資熱鬧非凡，但整體來看車用固態(tài)電池尚處于研發(fā)階段，還遠遠未進入量產(chǎn)階段。
"盡管固態(tài)電池具有高安全性、高能量密度、循環(huán)次數(shù)高、相對較輕等特點，但界面阻抗大(電解質(zhì)跟材料界面是固-固狀態(tài),不利于鋰離子傳輸)、快充難度大(高阻抗、低導電率導致內(nèi)阻大)、成本高等一系列問題尚待解決。"勁邦資本合伙人王榮進"大出行下半場"（wx：investchuxing)分析。
中科院青島生物能源和過程研究所研究員崔光磊認為，現(xiàn)在的固態(tài)電池停留在研發(fā)階段，重要是因為固態(tài)電池存在容量衰減、內(nèi)阻新增、內(nèi)路短、熱失控、日歷失效等失效行為，降低了電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、安全性和可靠性。
從實操的角度來看，清陶新能源材料研究院院長何泓材對"大出行下半場"（wx：investchuxing)分析，固態(tài)電池研發(fā)和生產(chǎn)的重要挑戰(zhàn)在于：高離子導電率固態(tài)電解質(zhì)材料的開發(fā)；固體和固體之間的接觸界面高阻抗和穩(wěn)定性問題；固態(tài)電池特需設(shè)備的開發(fā)等。只有這些挑戰(zhàn)都能找到解決方法，固態(tài)電池才能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)。不少創(chuàng)業(yè)公司可能僅僅在其中一兩點上有自己的解決方法，最終還是沒能實現(xiàn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。
青域基金創(chuàng)始人徐政軍對"大出行下半場"（wx：investchuxing)解釋，國內(nèi)好多科研院所像中科院青島能源所、寧波材料所、物理所等都在做，產(chǎn)業(yè)龍頭CATL也在做，但都還在實驗室樣品階段。外面?zhèn)鞯乃^固態(tài)電池，都不是真正的"全固態(tài)鋰電池"，很多都是半固態(tài)鋰電池，電解質(zhì)不是全固態(tài)的，是固液混合的。
因此，王榮進預測，固態(tài)電池的應用演進路徑為，先在消費電子經(jīng)過充分的驗證后才有可能電動汽車上使用,再經(jīng)過1-2年整車測試驗證,預計整體所需時間至少為5-7年。
