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年底，成立于2010年的半固態(tài)鋰電池研發(fā)企業(yè)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，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)化工廠，希望在2020年交付首批產(chǎn)品。
24M是新一輪全球動力電池競賽中的一個縮影。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車企和電池企業(yè)紛紛下注固態(tài)電池，希望打造下一個超級明星公司——固態(tài)電池領域的“寧德時代”，后者是中國創(chuàng)業(yè)板估值最高的公司。
不過，中國化學與物理電源協(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)上還面臨比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。
為何搶注下一代鋰電池
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更高的要求。
2017年中國政府11月發(fā)布的 《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃提出，純電動汽車動力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。 “特斯拉用的電池目前是全球能量密度最高的動力電池，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300Wh／kg，而國內(nèi)一般電芯廠家的單體能量密度在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，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(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(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，日本在全球遙遙領先。2018年7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(gòu)，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。
日本企業(yè)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11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11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)的電池企業(yè)如Sakit 3、SEEO、Quantum Scape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與固態(tài)電池充電技術(shù)相關(guān)的新專利。
相比世界其他各國，中國的固態(tài)電池進展要更快。中科院寧波材料技術(shù)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。
在企業(yè)方面，作為全球最大的動力電池和新能源汽車生產(chǎn)國，中國動力電池企業(yè)和車企則表示了對動力電池最濃厚的興趣。
在上市公司領域，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；寧德時代，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8月申請了一種全固態(tài)鋰離子電池正極復合材料及固態(tài)鋰離子電池發(fā)明專利，并在2018年1月表示正在積極推進固態(tài)電池項目商用；國軒高科2018年3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3月表示，正在對固態(tài)電池進行廣泛試驗工作，擬在2018年12月建成第一代固態(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(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11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與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，主要是因為固態(tài)電池存在容量衰減、內(nèi)阻增加、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)的主要挑戰(zhàn)在于：高離子導電率固態(tài)電解質(zhì)材料的開發(fā)；固體與固體之間的接觸界面高阻抗和穩(wěn)定性問題；固態(tài)電池特需設備的開發(fā)等。只有這些挑戰(zhàn)都能找到解決方案，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)龍頭寧德時代也在做，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。
