圍繞固態(tài)電池這項前瞻技術(shù)的研發(fā)“軍備競賽”似乎一直都沒有停下來，而是有加速趨勢，包括豐田、大眾集團、三星、寶馬、寧德時代等在內(nèi)的巨頭都在尋求固態(tài)電池領(lǐng)域的突破。近日，豐田汽車動力總成公司執(zhí)行副總裁兼電池業(yè)務(wù)總經(jīng)理海田啟司透露：“豐田希望能在2025年前量產(chǎn)固態(tài)電池。”不久前，大眾集團向美國固態(tài)電池初創(chuàng)公司Quantum Scape增資2億美元，以進一步開發(fā)固態(tài)電池。
日系一馬當(dāng)先 推出原型產(chǎn)品
如果疫情不曾暴發(fā)，如果東京奧運會不曾推遲，也許我們現(xiàn)在已經(jīng)能看到搭載固態(tài)電池的豐田電動汽車了。在去年10月東京車展開幕前夕，豐田首席技術(shù)官寺島茂樹曾透露，豐田將在2020年東京奧運會期間推出一款搭載固態(tài)電池的電動車型，并于2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。
而今，由于疫情沖擊，東京奧運會延期到了2021年。不過，據(jù)知情人士透露，豐田仍在積極研發(fā)固態(tài)電池，并如期推出了原型產(chǎn)品，已在概念車上搭載。至于原型產(chǎn)品何時公開亮相，由于東京奧運會的開幕時間尚未敲定，目前無法準(zhǔn)確預(yù)告其亮相時間。
與現(xiàn)有三元鋰電池相比，固態(tài)電池擁有諸多優(yōu)勢，被視作下一代動力電池的發(fā)展方向之一。據(jù)海田啟司透露，豐田的固態(tài)電池原型產(chǎn)品充滿電僅需15分鐘，比現(xiàn)有鋰電池充電速度快得多；壽命方面，豐田所生產(chǎn)的固態(tài)電池有望使用30年之后，仍可保持90％以上的性能。能量密度方面，根據(jù)豐田的規(guī)劃，到2025年將把固態(tài)電池能量密度提升到現(xiàn)有鋰電池的2倍以上，預(yù)計可達到450Wh/kg，屆時搭載固態(tài)電池的電動汽車?yán)m(xù)航里程將大幅提升，可與燃油車相媲美。另外，固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)，預(yù)計將比現(xiàn)在電池更輕、更持久、更安全，最終也會更便宜。
豐田并不是單打獨斗。在固態(tài)電池領(lǐng)域，豐田的合作伙伴是松下，雙方成立的合資公司——泰星能源解決方案有限公司已于今年4月投入運營，該公司業(yè)務(wù)范圍包括研發(fā)大容量鋰電池、固態(tài)電池，以及下一代電池的開發(fā)、制造與銷售。
此外，在固態(tài)電池領(lǐng)域，日本的車企、科研機構(gòu)、電池和材料企業(yè)等喜歡抱團共同參與研究。早在2018年夏季，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）啟動了固態(tài)電池開發(fā)項目，參與方包括豐田、日產(chǎn)、本田等汽車廠商，松下、GS湯淺等電池企業(yè)，以及東麗、旭化成、三井化學(xué)、三菱化學(xué)等材料廠商。
韓系開始抱團 現(xiàn)代聯(lián)手三星
在全球動力電池市場，韓國電池三巨頭——LG化學(xué)、三星SDI和SK Innovation占有舉足輕重的地位。近一段時間以來，現(xiàn)代汽車集團首席副會長、實際掌門人鄭義宣先后與三星電子副會長、三星集團實際掌門人李在镕，LG集團會長具光謨，以及SK集團會長崔泰源會晤，探討動力電池合作及供應(yīng)事宜。
目前，在韓國，現(xiàn)代汽車集團大部分動力電池供應(yīng)來自LG化學(xué)，還有一部分來自SK Innovation。雖然三星SDI尚未與現(xiàn)代汽車集團建立起電池供應(yīng)關(guān)系，但在上述三家電池廠商中，鄭義宣最先參觀的就是三星SDI的電池工廠，原因可能就在于三星掌握著重要的籌碼，即固態(tài)電池。
今年3月，三星高等研究院和三星日本研究所聯(lián)合公布了固態(tài)電池最新進展。據(jù)介紹，該團隊研發(fā)出一種高性能的銀碳基全固態(tài)電池，單次充電可提供800公里續(xù)航，循環(huán)次數(shù)高達1000次。這種高性能且長效的全固態(tài)電池，相對于鋰電池而言，能量密度更高，可達900Wh/L，從而可以帶來更大的存儲容量，并且更安全。
對于現(xiàn)代汽車集團這樣的整車廠商來說，LG化學(xué)和SK Innovation可以滿足其當(dāng)前的動力電池需求，而三星擁有的固態(tài)電池技術(shù)無疑代表著下一代動力電池的重要方向。在會面時，以鄭義宣為代表的現(xiàn)代汽車集團高管聽取了三星高管關(guān)于全球動力電池技術(shù)動向、三星固態(tài)電池研發(fā)進展情況的介紹，韓國汽車業(yè)界猜測雙方未來可能在固態(tài)電池領(lǐng)域展開合作。
德系加入競爭 熱捧初創(chuàng)企業(yè)
在汽車行業(yè)的電動化浪潮中，動力電池作為關(guān)鍵部件可以說是起著決定性作用。因此，除了電池廠商外，整車廠商也希望能掌握動力電池技術(shù)的主動權(quán)，而投資初創(chuàng)公司成為重要手段之一。
今年6月，大眾集團宣布將再一次追加對電池初創(chuàng)企業(yè)Quantum Scape的投資，此次投資額為2億美元。這并非大眾集團的首次出資。早在2014年，大眾集團就收購了這家公司5％的股份，但并未透露交易金額。2018年，大眾集團出資1億美元，與Quantum Scape成立合資公司，并派遣人員參與到技術(shù)開發(fā)中。Quantum Scape是美國斯坦福大學(xué)前研究人員于2010年在加州圣何塞市成立的公司，主要從事固態(tài)電池研發(fā)工作。從這前后三次出資，可以看出大眾集團對于這家公司以及固態(tài)電池技術(shù)的看好。
針對最新的這筆投資，大眾集團零部件管理委員會主席托馬斯·施瑪爾表示：“我們正與合作伙伴Quantum Scape在固態(tài)電池技術(shù)方面取得進步，此次投資將進一步推進我們在全固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)?！?
大眾集團曾表示，固態(tài)電池能使高爾夫純電動版的續(xù)駛里程從300公里提升至750公里。對于固態(tài)電池的量產(chǎn)時間節(jié)點，大眾集團的預(yù)估與豐田類似，其目標(biāo)是與Quantum Scape在2025年建成一條固態(tài)電池生產(chǎn)線，而工廠建設(shè)計劃將在今年年內(nèi)敲定。
彭博社NEF公司能源存儲主管詹姆斯·弗里斯表示，2025年左右是固態(tài)電池廣泛商業(yè)化的一個現(xiàn)實的時間節(jié)點，且從能源技術(shù)的角度來看，并不是很遙遠?！疤拱渍f，美國很多初創(chuàng)公司都在從事這方面的研究。”他說。
Solid Power是一家位于美國科羅拉多州的固態(tài)電池初創(chuàng)公司，也是熱門的投資對象。早在2017年9月，美國電池制造商A123公司宣布對Solid Power進行投資，以研發(fā)世界一流的電池技術(shù)。2017年12月，寶馬宣布與Solid Power合作，共同研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。此后，Solid Power完成了包括多家車企領(lǐng)投的A輪和B輪融資。
Solid Power首席執(zhí)行官道格·坎貝爾指出，目前市場上的三元鋰電池能量密度已經(jīng)逐漸接近理論極限，而固態(tài)電池技術(shù)可能是提高能量密度最直接的途徑。在他看來，固態(tài)電池將是后鋰離子時代的主導(dǎo)科技，并將成為電動汽車、電子產(chǎn)品以及醫(yī)療裝備行業(yè)的規(guī)則改變者。
商業(yè)化落地難 多重瓶頸待破
在中國，去年12月，工信部發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見稿），在“實施電池技術(shù)突破行動”中，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”。這意味著固態(tài)電池有望上升至國家戰(zhàn)略層面。另外，寧德時代、比亞迪、國軒高科、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)等一批廠商正在參與固態(tài)電池的研發(fā)。光大證券在不久前發(fā)布的一份報告中指出，固態(tài)電池將成為搶占下一代鋰電技術(shù)的制高點，而當(dāng)前固態(tài)電池領(lǐng)域進入“軍備競賽”階段，國內(nèi)外各企業(yè)期望搶占先機以贏得市場份額。
在穩(wěn)步推進研發(fā)的同時，業(yè)內(nèi)人士對于固態(tài)電池的商業(yè)化障礙也有著清醒的認識。光大證券指出，固態(tài)電池的工藝路線尚不成熟，降本仍是一個漫長的過程，全面產(chǎn)業(yè)化預(yù)計需要5～10年。
海田啟司坦言，受限于耐久性和安全性，豐田的工程師們尚未能真正發(fā)掘出固態(tài)電池能量密度大幅提升的潛力，目前正在調(diào)整電池的陽極和其他材料構(gòu)成。豐田傾向于使用硫基電解質(zhì)，因為這種電解質(zhì)似乎能更有效地促進鋰離子在電極之間的轉(zhuǎn)移，而豐田面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)一種既能緊密壓縮又能保持彈性的電解質(zhì)。
另外，生產(chǎn)方面，固態(tài)電池必須在超干燥的環(huán)境中生產(chǎn)，目前豐田的固態(tài)電池是在一個名為“手套箱”的透明盒子中生產(chǎn)的，工人們通過緊密嵌在盒子上的橡膠手套將手伸入其中，“這一過程緩慢、笨拙，不適合大規(guī)模生產(chǎn)?！焙Ｌ飭⑺具€說，固態(tài)電池要想與內(nèi)燃機系統(tǒng)相抗衡，成本必須低于100美元/kWh。
海田啟司表示，和很多前瞻性技術(shù)一樣，固態(tài)電池的商業(yè)化還面臨著各種阻礙，現(xiàn)在討論固態(tài)電池的上市時間還太早。不過，豐田希望能在2025年實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。事實上，今年年初，豐田先進材料技術(shù)部首席專業(yè)工程師中西真二在介紹固態(tài)電池研究項目時也表態(tài)稱，雖然固態(tài)電池還處于研究階段，但生產(chǎn)技術(shù)某種程度上也在同步推進，即使距離真正的量產(chǎn)還有一些距離，但豐田的相關(guān)研發(fā)工作正在穩(wěn)步推進。
