中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從5月開始，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將與企業(yè)合作，共同推進(jìn)高效率全固態(tài)電池的開發(fā)，欲奪回日本在電池領(lǐng)域的市場(chǎng)份額，而中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)和電池企業(yè)將如何面對(duì)固態(tài)電池領(lǐng)域越來越激烈的競(jìng)爭(zhēng)呢？
《汽車商業(yè)評(píng)論》記者 錢亞光
近日，據(jù)日本《日經(jīng)亞洲評(píng)論》報(bào)道，從今年5月開始，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將向技術(shù)研究協(xié)會(huì)——鋰電池材料評(píng)價(jià)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(xué)、三菱化學(xué)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(yīng)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(chǎng)主導(dǎo)地位。《日本經(jīng)濟(jì)新聞》稱，在車用電池領(lǐng)域，日本企業(yè)走在前列，2013年占據(jù)全球70%的市場(chǎng)份額，但2013年市場(chǎng)占有率僅為3%的中國(guó)企業(yè)，到2016年已擴(kuò)大到26%，而日本企業(yè)則減至41%。
左側(cè)為傳統(tǒng)液態(tài)電池，右側(cè)為全固態(tài)電池
固態(tài)電池是指電池結(jié)構(gòu)中不含液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的儲(chǔ)能器件，由“正極材料+負(fù)極材料”和固態(tài)電解質(zhì)組成。由于固態(tài)鋰電池的安全性能好、能量密度高和循環(huán)壽命長(zhǎng)，還具備柔性強(qiáng)、回收方便等優(yōu)勢(shì)，甚至可望實(shí)現(xiàn)快速充電，是電動(dòng)汽車?yán)硐氲膭?dòng)力電池。
LIBTEC希望研發(fā)一種固態(tài)電池，使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程到2025年前能達(dá)到550km，到2050年前能達(dá)到800km。
受全球強(qiáng)化環(huán)保限制的影響，純電動(dòng)汽車將正式開始普及。在中國(guó)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77萬輛增長(zhǎng)到的200萬輛，保有量為500萬輛。日本計(jì)劃到2030年將新一代汽車在新車銷售中所占比例擴(kuò)大到20~30%，預(yù)計(jì)純電動(dòng)汽車的核心零部件蓄電池的市場(chǎng)規(guī)模也將大幅增長(zhǎng)。
按照《中國(guó)制造2025》確定的技術(shù)目標(biāo)，2020年鋰電池能量密度到300Wh/kg，2025年能量密度達(dá)到400Wh/kg，2030年能量密度達(dá)到500Wh/kg。顯然，新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展需要新的技術(shù)儲(chǔ)備，全固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線。
對(duì)此，中國(guó)工程院院士陳立泉曾明確表示：“能量密度要進(jìn)一步提高，必須從現(xiàn)在開始考慮全固態(tài)鋰電池?！?
知名鋰電材料及產(chǎn)業(yè)化專家肖向前指出：“當(dāng)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(duì)的安全性難以通過電池自身解決，金屬鋰固態(tài)電池是鋰電的終極目標(biāo)?！?
固態(tài)電池使用固態(tài)電極及電解質(zhì)，其中的固態(tài)物質(zhì)能夠代替鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)，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(shí)間。全固態(tài)鋰電池當(dāng)前能量密度約400Wh/Kg，預(yù)估最大潛力值達(dá)900Wh/Kg。
在我國(guó)，已經(jīng)有不少科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)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。
中國(guó)科學(xué)院作為科技國(guó)家隊(duì)，在固態(tài)電池的研發(fā)上，也起到了排頭兵的作用。早在2013年11月中科院就布局了一個(gè)戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目，希望能基于納米技術(shù)，研究開發(fā)一些能夠?qū)嶋H應(yīng)用的先進(jìn)材料和電池技術(shù)，目標(biāo)是300 Wh/kg。在固態(tài)電池開發(fā)方面，中科院旗下的5個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)也都取得了階段性進(jìn)展。
中科院化學(xué)所
郭玉國(guó)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了聚醚-丙烯酸酯的聚合物固體電解質(zhì)，耐受氧化電壓是4.5伏。
中科院寧波材料所
許曉雄團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了氧化物、硫化物固體電解質(zhì)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(tuán)隊(duì)在國(guó)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(dá)到260Wh/kg，循環(huán)1000圈容量保持率達(dá)88％。
中科院青島生物能源所
崔光磊團(tuán)隊(duì)開發(fā)了聚丙烯碳酸酯、纖維素、鋰鑭鋯氧復(fù)合的固體電解質(zhì)，研發(fā)的電池能量密度達(dá)到了300Wh/kg，并首次在馬里亞納海溝完成了深海測(cè)試。
中科院上海硅酸鹽研究所
郭向欣團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了聚環(huán)氧乙烷、鋰鑭鋯氧復(fù)合的固體電解質(zhì)，并研制了2Ah級(jí)的固態(tài)鋰離子電池。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所
該團(tuán)隊(duì)研制的10Ah軟包電芯能量密度達(dá)到310-390Wh/kg，體積能量密度達(dá)到了800-890Wh/L，該電池可以在室溫和90℃循環(huán)。
另外，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的電池企業(yè)在固態(tài)電池技術(shù)儲(chǔ)備與研發(fā)上，也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，有不少企業(yè)已經(jīng)推出了行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品，只是商業(yè)化還要過些時(shí)日。
萬向集團(tuán)
2017年9月，萬向旗下的A123系統(tǒng)公司投資了美國(guó)固體動(dòng)力（Solid Power）公司，后者專注于開發(fā)/擴(kuò)展具有競(jìng)爭(zhēng)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2月，萬向參投的Solid Power確認(rèn)與寶馬合作，雙方將共同研發(fā)新一代電動(dòng)車固態(tài)電池技術(shù)，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(yīng)用。
最近，萬向集團(tuán)旗下的A123系統(tǒng)公司又投資了美國(guó)離子材料（Ionic Materials）公司，以擴(kuò)大其在固態(tài)電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。離子材料公司研發(fā)出了一種特殊的聚合物電解質(zhì)，能將新型固態(tài)電池的安全性和工作性能提高到一個(gè)全新的水平。
寧德時(shí)代
寧德時(shí)代主要在聚合物和硫化物基固態(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(jìn)展，同時(shí)針對(duì)材料體系特點(diǎn)和規(guī)?；a(chǎn)的要求，寧德時(shí)代開展了全固態(tài)電池制造工藝路線的設(shè)計(jì)和探索。
聚合物固態(tài)鋰金屬電池方面，寧德時(shí)代基于對(duì)電池的導(dǎo)電、加工性能的改進(jìn)，設(shè)計(jì)制作了容量為325毫安時(shí)的聚合物電芯，循環(huán)300圈以上，容量保持率達(dá)到82％。
硫化物固態(tài)電池方面，寧德時(shí)代通過對(duì)鈷酸鋰正極材料進(jìn)行表面修飾，包覆改性后，改善了正極和固態(tài)電解質(zhì)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提供可能。
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電池未來方向的發(fā)展基調(diào)，開始布局固態(tài)電池的相關(guān)研發(fā)工作。
目前比亞迪正在積極推進(jìn)下一代鋰電池的研發(fā)部署，并將固態(tài)電池作為下一步研發(fā)重點(diǎn)，積極推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)應(yīng)用，并確定將在未來10年，最快5年內(nèi)提供該類型產(chǎn)品。
2017年8月，比亞迪申請(qǐng)了一種全固態(tài)鋰離子電池正極復(fù)合材料及一種全固態(tài)鋰離子電池的發(fā)明專利。
2018年1月，比亞迪在互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司正在積極推進(jìn)固態(tài)電池項(xiàng)目商用。
國(guó)軒高科
2017年11月，國(guó)軒高科對(duì)外表示已著手研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)。
2018年2月，國(guó)軒高科透露，根據(jù)與國(guó)際一線整車品牌合作的產(chǎn)品要求，公司正在美國(guó)和日本分別開發(fā)下一代動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)工藝與生產(chǎn)設(shè)備，相關(guān)產(chǎn)品將使用半固態(tài)電池技術(shù)。
2018年3月，國(guó)軒高科在在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示公司半固態(tài)電池技術(shù)目前已處于實(shí)驗(yàn)室向中試轉(zhuǎn)換階段。
贛鋒鋰業(yè)
2017年，贛鋒鋰業(yè)通過引進(jìn)中科院寧波材料所的許曉雄團(tuán)隊(duì)，正式切入到固態(tài)電池板塊。資料顯示，許曉雄博士團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)專利30余項(xiàng)（國(guó)際專利6項(xiàng)、中國(guó)專利27項(xiàng)），其中已授權(quán)專利11項(xiàng)。
2017年12月，贛鋒鋰業(yè)公告稱，擬以不超過2.5億元投資建設(shè)第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線，規(guī)模在億瓦時(shí)級(jí)以上，6億瓦時(shí)的動(dòng)力電池生產(chǎn)線未來著重跟固態(tài)電池做匹配。
2018年3月，贛鋒鋰業(yè)確認(rèn)正在對(duì)固態(tài)電池進(jìn)行廣泛的試驗(yàn)工作，并在寧波設(shè)立了一家研發(fā)中心和一條試驗(yàn)生產(chǎn)線，以加快固態(tài)鋰電池技術(shù)的商業(yè)化。
贛鋒鋰業(yè)擬在2018年6月前實(shí)現(xiàn)第一代固態(tài)鋰電池工藝技術(shù)成熟，并通過第三方認(rèn)證；在2018年12月建成億瓦時(shí)級(jí)第一代固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，并實(shí)現(xiàn)送樣；在2019年12月完成3億元固態(tài)電池銷售，并分別推動(dòng)二代固態(tài)鋰電池技術(shù)成熟，三代固態(tài)鋰電池完成可行性研究。
珈偉股份
2016年11月，珈偉股份在滬舉辦全球首例固態(tài)鋰電池與快充鋰電池產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，演示了新產(chǎn)品性能。
2018年4月，珈偉股份控股子公司珈偉龍能的固態(tài)儲(chǔ)能科技公司正式投產(chǎn)試運(yùn)行。據(jù)稱，新型鋰離子電池采用納米技術(shù)，具有強(qiáng)大的儲(chǔ)能能力，在快速充電、壽命、安全性等方面優(yōu)勢(shì)顯著。完成一次充電僅需5分40秒，可實(shí)現(xiàn)2萬次的充放電循環(huán)，預(yù)計(jì)電池壽命最長(zhǎng)可達(dá)100年，被三枚鐵釘深深擊穿后，仍可正常工作。
雖然中國(guó)在固態(tài)電池方面的技術(shù)積淀并不如法國(guó)Bolloré、美國(guó)Sakti3和日本豐田等國(guó)外公司，但是在發(fā)展速度和推進(jìn)力度方面，中國(guó)已經(jīng)走在世界前列。從目前的各方進(jìn)展來看，無論是車企還是鋰電企業(yè)，對(duì)于固態(tài)電池的前景看好，并開始進(jìn)行布局，但是在最近幾年，大規(guī)模量產(chǎn)依然是不現(xiàn)實(shí)的事情。
除了固態(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，規(guī)?；a(chǎn)需要克服很多困難等技術(shù)方面的原因之外，固態(tài)電解質(zhì)的成本問題也是各方亟需解決的難點(diǎn)。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，未來需要發(fā)展全固態(tài)金屬鋰電池，負(fù)極全部為鋰，但目前還面臨著很大的挑戰(zhàn)。而介于全固態(tài)和液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池之間的技術(shù)，如混合固液電解質(zhì)電池，可能會(huì)在提升能量密度的同時(shí)，兼顧安全性、倍率特性、循環(huán)性，會(huì)首先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。隨著技術(shù)的突破，各種綜合技術(shù)指標(biāo)的提升，以及材料成本的大幅下降，全固態(tài)電池才會(huì)大規(guī)模進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)。
汽車商業(yè)評(píng)論認(rèn)為，日本這種政府與企業(yè)齊心協(xié)力研發(fā)固態(tài)電池的做法值得我們借鑒，把國(guó)家科研機(jī)構(gòu)強(qiáng)大的研發(fā)能力和企業(yè)切合實(shí)際的產(chǎn)業(yè)化需求相結(jié)合，多一些贛鋒鋰業(yè)和中科院寧波材料所這樣的合作，應(yīng)該可以更快地將科研成果產(chǎn)品化，不光從技術(shù)上，也從規(guī)模上、成本上，更快地將先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從而促進(jìn)我們電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。
