中國儲能網(wǎng)訊：固態(tài)電池已成為全球新一輪動力電池競賽中的投資熱點。
2018年年底，成立于2010年的半固態(tài)鋰電池研發(fā)企業(yè)——美國24M公司對外宣布，該公司已獲得D輪2180萬美元融資，資本方來自高級陶瓷制造商日本京瓷集團和全球貿易公司伊藤忠商事。
這家公司系從曾經(jīng)的行業(yè)龍頭——美國磷酸鐵鋰電池企業(yè)A123分拆出來，由中國臺灣科學家蔣業(yè)明博士創(chuàng)立。該公司宣稱將從2019年開始建立一個小型產(chǎn)業(yè)化工廠，希望在2020年交付首批產(chǎn)品，為電動汽車開發(fā)價格合理的高能量密度電池。
24M是新一輪全球動力電池產(chǎn)業(yè)競賽的一個縮影。從全球來看，中國、日本、韓國、德國、法國、美國、英國、澳大利亞等國家的諸多汽車企業(yè)和電池企業(yè)紛紛下注固態(tài)電池，希望打造下一個超級明星公司。
不過，中國化學與物理電源協(xié)會秘書長劉彥龍等業(yè)界人士認為，固態(tài)電池現(xiàn)在還處于實驗室階段，在研發(fā)上還面臨比較多的難以克服的障礙，預計真正量產(chǎn)至少要在五年之后。
搶注下一代
電動汽車的蓬勃發(fā)展對動力電池的能量密度和安全性提出了越來越高的要求。
2017年11月中國政府發(fā)布的 《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》提出，純電動汽車動力電池的單體能量密度在2020年達到 300瓦時/千克， 2025年達到400瓦時/千克，2030年達到500瓦時/千克。
這對現(xiàn)有液態(tài)鋰電池而言是一個很高的目標?！疤厮估玫碾姵啬壳笆侨蚰芰棵芏茸罡叩膭恿﹄姵?，2018年初特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的21700單體能量密度達300瓦時/千克，而國內一般電芯廠家的單體能量密度在230瓦時/千克左右，到2020年實現(xiàn)國家要求的300瓦時/千克挑戰(zhàn)很大?！?清陶能源公司董事長馮玉川解釋，固態(tài)電池實現(xiàn)這一目標就相對容易，“全固態(tài)鋰電池單體的能量密度在實驗室可以達到430瓦時/千克以上，在中試階段可達375瓦時/千克，在量產(chǎn)階段可以輕松達到300瓦時/千克以上?！?
據(jù)中科院物理所研究員、固態(tài)離子學課題組組長黃學杰介紹，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，能量密度比采用同類型正極材料的鋰電子電池高20%～30%。
除能量密度外，安全性是固態(tài)電池的更大優(yōu)勢。對此，中國科學院青島生物能源與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)電解質代替液態(tài)電解液，是公認可以提升鋰電池安全性能最為有效的方法之一。
據(jù)清華大學材料學院副教授李亮亮分析，固態(tài)電解質不易燃，還不會產(chǎn)生液態(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)固態(tài)電池中固態(tài)電解質的狀態(tài)，可以將固態(tài)電池分為全固態(tài)和半固態(tài)電池，前者的電解質是純固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質，后者就是一半固態(tài)電解質、一半液態(tài)電解質，如前述的24M這家公司的產(chǎn)品。
加速布局中
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)公司紛紛投身固態(tài)電池這一全新賽道。
其中，日本在全球遙遙領先。2018年7月，日本國立研究機構新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構(NEDO)對外宣布，啟動第二階段固態(tài)鋰離子電池研發(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，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關技術。
日本企業(yè)在固態(tài)電池方面的研究起步較早，水平也較高，尤其是在硫系固態(tài)電解質方面，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11月對外宣布，聯(lián)手開發(fā)核心電池技術，將成立一個規(guī)模為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域進行研發(fā)，打造下一代電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
2018年11月，德國總理默克爾宣布計劃下?lián)?0億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，用于開發(fā)下一代固態(tài)電池。德國政府的這一舉措是為了減少德國車企對于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)展固態(tài)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Bat Scap生產(chǎn)的PEO基固態(tài)鋰離子電池用于電動汽車，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)電池需要在80℃下工作，且能量密度不夠高，未顯示出相較于液態(tài)電解質電池的優(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350瓦時/千克。一些初創(chuàng)電池企業(yè)如Sakit 3、SEEO、Quantum Scape和Solid Power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Sakti 3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，蘋果公司就開始布局全固態(tài)電池技術的專利。2017年，美國專利商標局公布了蘋果一項與固態(tài)電池充電技術相關的新專利。
相比而言，中國的固態(tài)電池進展更快。在研發(fā)層面，中科院寧波材料技術與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2018年年底通過驗收。
在企業(yè)方面，中國動力(24.260, -0.85, -3.39%)電池企業(yè)和車企也表示了最濃厚的興趣。
在上市公司領域，當升科技(30.590, -0.53, -1.70%)表示，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；寧德時代(88.080, -2.99, -3.28%)公司在聚合物固態(tài)鋰金屬電池和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展相關研發(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，提高兼容性問題；比亞迪(52.000, 0.01, 0.02%)公司于2017年8月申請了相關發(fā)明專利，表示積極推進固態(tài)電池項目商用；贛鋒鋰業(yè)(29.640, 2.69, 9.98%)2018年3月宣稱，正在對固態(tài)電池進行廣泛試驗，將在2019年上半年建成第一代固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，在2019年12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)公司領域，擁有中科院物理所背景，由中國工程院院士陳立泉、北汽新能源前高管俞會根投資的衛(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11月對外宣布，其建成的全國首條固態(tài)鋰電池產(chǎn)線已于當月正式投產(chǎn)。
商業(yè)化還需五年
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，遠未進入量產(chǎn)階段。
“雖然固態(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如此分析。
中科院青島生物能源與過程研究所研究員崔光磊認為，現(xiàn)在的固態(tài)電池還停留在研發(fā)階段，主要是因為固態(tài)電池存在容量衰減、內阻增加、內路短、熱失控、日歷等失效行為，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認為，固態(tài)電池研發(fā)和生產(chǎn)的挑戰(zhàn)主要在于：高離子導電率固態(tài)電解質材料的開發(fā)、固體與固體之間的接觸界面高阻抗和穩(wěn)定性、固態(tài)電池特需設備的開發(fā)等。只有對這些挑戰(zhàn)都找到解決方案，固態(tài)電池才能夠實現(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案，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)始人徐政軍的解釋是，國內雖然有不少科研院所、產(chǎn)業(yè)龍頭都在布局研發(fā)，但大都還在實驗室樣品階段。媒體宣傳的所謂固態(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，采用固液混合電解質技術。
在王榮進看來，固態(tài)電池的應用演進路徑是：先要在消費電子領域推廣，經(jīng)過充分的驗證后， 再經(jīng)過1～2年整車測試驗證，才能真正在汽車上使用，這一過程至少還需要5～7年。
