導(dǎo)讀：許多整車企業(yè)早已開始自主研發(fā)、合作研發(fā)或通過投資入股初創(chuàng)企業(yè)等方式加快了對固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)速度。

9月12日，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織宣布，將與日本化學(xué)品制造商Piotrek合作開發(fā)高能固態(tài)鋰電池，計(jì)劃在未來5年內(nèi)面向全球市場推出，用于電子設(shè)備、無人機(jī)和電動汽車等領(lǐng)域。

澳聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織表示，該機(jī)構(gòu)在固態(tài)電池研發(fā)中有“可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移”技術(shù)，能與日本Piotrek公司的“離子導(dǎo)電聚合物”技術(shù)結(jié)合，有望在此基礎(chǔ)上開發(fā)出“世界上最安全、壽命更長的高能固態(tài)電池”。

從目前技術(shù)進(jìn)展來看，市面上售賣的純電動車主要采用的是鋰離子或鋰聚合物電池，絕大多數(shù)屬于液態(tài)或凝膠態(tài)電池，只是由于正極材料的不同，又分為了NCA、NCM等不同的電池種類。

相比于液態(tài)電池，全固態(tài)電池的優(yōu)勢比較明顯，尤其是在安全層面上，液態(tài)鋰電池由于過度快充時(shí)會產(chǎn)生“枝晶”，刺穿內(nèi)部隔膜引發(fā)電池短路而起火爆炸的危險(xiǎn)。而理論上，固態(tài)鋰電池則可避免此危險(xiǎn)發(fā)生。

而在工作原理上，其固態(tài)的電解質(zhì)具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量和能量密度。

一

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的新型電池，與傳統(tǒng)電池相比具有能量高、安全性高等優(yōu)勢，是電解質(zhì)采用固態(tài)材料的鋰二次電池，與傳統(tǒng)鋰離子電池的區(qū)別在于，它是以固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜。

目前，固態(tài)電池主要有兩大優(yōu)勢，一是安全性高，二是能量密度高。

傳統(tǒng)鋰離子電池在過充或是內(nèi)短路的情況下，容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱，進(jìn)而有自燃或爆炸的危險(xiǎn)性。而固態(tài)電池由于是固態(tài)電解質(zhì)，不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，安全性相比傳統(tǒng)鋰離子電池要高。此外，由于固態(tài)電池使用的是固態(tài)電解質(zhì)，因此無需隔膜與電解液，可以節(jié)約近40%的體積和25%的質(zhì)量。

除此之外，固態(tài)電池還包括循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、薄膜柔性化、回收方便、可快速充電、與電極材料相容性好，以及耐潮濕環(huán)境等優(yōu)勢。而相對應(yīng)的，全固態(tài)電池的缺點(diǎn)只有成本高、產(chǎn)能低等自身屬性之外的因素。

固態(tài)電池由于在安全性、可靠性、能量密度、循環(huán)壽命等多方面性能優(yōu)勢明顯，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是較為理想的下一代電池技術(shù)體系。

根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》等文件表示，動力電池系統(tǒng)能量密度需要在2025-2030年達(dá)到350Wh/Kg，以滿足普通電動汽車的續(xù)航里程要求。固態(tài)電池作為最容易達(dá)到這一要求的技術(shù)路線，也受到行業(yè)重視。

此外，中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高曾表示，鋰離子電池具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但瓶頸是安全性。從改善電池本身安全性出發(fā)，要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。中國電池產(chǎn)業(yè)國際競爭壓力巨大，需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。

據(jù)了解，下一代固態(tài)鋰電池的能量可能是目前鋰電池的兩倍，在新能源汽車等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。固態(tài)電池不像傳統(tǒng)電池那樣有易揮發(fā)和易燃的液體，在受到撞擊和損壞等情況下也不易燃燒。

二

澳聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織電池研究部門負(fù)責(zé)人亞當(dāng)·貝斯特表示，有多家公司在爭相研發(fā)固態(tài)電池，預(yù)計(jì)2025年前市場上就會有使用固態(tài)電池的產(chǎn)品。

據(jù)了解，過去十年內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量增長已經(jīng)超過了10倍。許多整車企業(yè)早已開始自主研發(fā)、合作研發(fā)或是通過投資入股初創(chuàng)企業(yè)等方式加快對固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)速度。

雖然全固態(tài)電池的產(chǎn)品優(yōu)勢頗多，但至今還沒有任何一家企業(yè)能將這項(xiàng)技術(shù)真正用于實(shí)踐，由此可見其研發(fā)環(huán)節(jié)的挑戰(zhàn)。而一個(gè)鮮明的例證就是，雖然全球范圍內(nèi)開展固態(tài)電池研究的機(jī)構(gòu)很多，但彼此之間的研發(fā)進(jìn)展還存在著較大差異。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球范圍內(nèi)約有五十多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高?？蒲性核铝τ诠虘B(tài)電池技術(shù)。

國際上，固態(tài)電池發(fā)明專利方面，日本占據(jù)了全球范圍內(nèi)的一半以上，豐田更是以26項(xiàng)專利占據(jù)單一機(jī)構(gòu)中的首位。除此之外，在歐美地區(qū)，專攻這一領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)公司數(shù)量也開始逐漸增多。

2015年，戴森收購了一家專門開發(fā)全固態(tài)電池的公司Sakti3。Sakti3在氧化物固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)上處于領(lǐng)先地位。

2018年，戴森表示正在開發(fā)一種極具創(chuàng)新理念的電動汽車，量產(chǎn)車型將于2020年上市，其電動力系統(tǒng)將采用Sakti3研發(fā)的固態(tài)電池。

2017年，現(xiàn)代宣布研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。2018年7月，現(xiàn)代宣布投資Ionic Materials公司，進(jìn)一步進(jìn)行固態(tài)電池研發(fā)工作，預(yù)計(jì)將于2025年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)。

2018年7月，大眾向擁有超過200多項(xiàng)關(guān)于固態(tài)電池的技術(shù)專利QuantumScape投資約1億美元，旨在2025年前建立固態(tài)電池生產(chǎn)線。

2019年8月，美國新能源公司SF Motors旗下部門TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固態(tài)電池設(shè)計(jì)原型，且該電池的能量密度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的432Wh/kg，突破了高鎳三元的能量密度上限。

此外，豐田在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有大量專利，約252件，占比13%，目前位列全球第一。

豐田是基于硫化物電解質(zhì)、石墨類負(fù)極的鋰離子電池路線推進(jìn)的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品能量密度達(dá)到400Wh/Kg，預(yù)計(jì)2022年推出搭載全固態(tài)電池的電動車型，2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

寶馬除了自建電芯研發(fā)中心，研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)外，還于Solid Power在固態(tài)電池方面達(dá)成深度合作，有望于2026年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)。

三

在國內(nèi)，由寧德時(shí)代引領(lǐng)的企業(yè)，對全固態(tài)電池深入研究多年，但發(fā)展路徑卻存在差異。

寧德時(shí)代主要以硫化物電解質(zhì)為研發(fā)方向。目前，容量為325mAh，能量密度為300Wh/kg的聚合物鋰金屬固態(tài)電池300周循環(huán)以上剩余82％，由此可見，距離真正投入商業(yè)化尚有一定的差距。

如果按照地區(qū)劃分，固態(tài)電池的海外發(fā)展主要集中在美國Sakit3、日本豐田、法國Bollore。

據(jù)了解，日本采取以豐田為龍頭的多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合的方式研發(fā)全固態(tài)鋰電池，是全球范圍內(nèi)規(guī)模最大的聯(lián)合機(jī)構(gòu)，預(yù)計(jì)總投資100億日元。

此機(jī)構(gòu)包括豐田、本田、日產(chǎn)、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究，計(jì)劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。

與日本不同的是，歐美企業(yè)主要采取自主研發(fā)。

2011年10月，法國Bollore開始利用自主開發(fā)的電動汽車“Bluecar”與電動巴士“Bluebus”，在法國巴黎及其郊外提供汽車共享服務(wù)“Autolib”，已累計(jì)投入了3000輛BatScap制造的固態(tài)電池30kWh。

美國Sakti3致力于電池技術(shù)的研究已有20年，且擁有70余項(xiàng)專利。2015年10月，被真空吸塵器創(chuàng)新者戴森以9000萬美金的價(jià)格全資收購，以解決應(yīng)用在其產(chǎn)品中的可充電鋰離子電池續(xù)航時(shí)間不夠長、安全性有限的問題。

Sakti3目前存在的最大問題是其采用薄膜沉淀工藝的制造技術(shù)，使得成本居高不下，且在未來降低成本的可能性也不算太大。因此在現(xiàn)階段，其產(chǎn)品只能應(yīng)用于小型家電之中。

特斯拉CEO馬斯克曾表示，固態(tài)電池技術(shù)有一定前景，但距離技術(shù)成熟還需要時(shí)間，目前也不足以改變特斯拉的戰(zhàn)略。

根據(jù)大部分企業(yè)的規(guī)劃，固態(tài)電池技術(shù)真正成熟可能需要等到2025年前后，真正具備量產(chǎn)能力可能需要等到2030年前后。

固態(tài)電池規(guī)模化生產(chǎn)需要考慮生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境等多方面因素，相比傳統(tǒng)鋰電池對生產(chǎn)設(shè)備的精度有著更高的要求，還需要高度干燥的生產(chǎn)環(huán)境。

此外，想要進(jìn)行商用化量產(chǎn)，固態(tài)電池除了本身性能需要一定的驗(yàn)證周期外，和主機(jī)廠的車輛產(chǎn)品匹配也需要進(jìn)行驗(yàn)證。

從整體來看，固態(tài)電池現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度還有待加強(qiáng)，能形成規(guī)模產(chǎn)能的企業(yè)有限，技術(shù)規(guī)?；瘮U(kuò)產(chǎn)需要克服的困難還有很多。