正是因為固態電池具有這么多的優點,世界多國政府都高度重視固態電池的研發,上市公司和創業公司紛紛投資固態電池這一全新賽道。
其中,日本在全球遙遙領先。2018年7月,日本國立研究機構——新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)對外宣布啟動第二階段固態鋰離子電池研發項目,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年全面掌握全固態電池相關技術。
日本企業在固體電池方面的研究開始的較早,水平較高,尤其是在硫系固態電解質方面,日本豐田汽車公司近日披露了其全固態電池的框架,并計劃于本世紀20年代初實現商業化。
在韓國,三大蓄電池廠商LG化學、三星SDI和SK創新2018年11月對外宣布,聯手開發核心電池技術,將成立一個規模1000億韓元的基金,計劃在固態電池、鋰金屬電池和鋰硫電池領域進行研發,來打造下一代電池產業生態系統。
2018年11月,德國總理默克爾將計劃撥發10億歐元用于支持德國的一家電池生產商,同時也將資助一家電池研發機構,用于開發下一代的固態電池。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展固體電池,可能從2024或2025年開始批量生產。
在法國,博洛雷(Bolloré)公司一直致力于聚合物全固態電池的研究,其子公司Bat Scap生產的PEO基固態鋰離子電池用于電動汽車,是國際上第一個采用固態鋰電池的電動汽車案例,但該聚合物固態電池需要在80℃下工作,且比能量不夠高,未顯示出相較于液態電解質電池的優勢。
美國則主攻基于聚合物和氧化物固態電解質的全固態鋰電池的研發路線,美國先進電池聯合會(USABC)提出在2020年將電芯能量密度提高至350Wh/kg。一些初創的電池企業如Sakit 3、SEEO、Quantum Scape和SolidPower等紛紛宣布在高能量密度全固態鋰電池研發方面取得重大進展。
其中,2015年Sakti 3表示將開發出能量密度為當前鋰電池2倍的全固態電池,而成本只要鋰電池的五分之一。自 2012 年以來,蘋果公司就已經開始布局全固態電池技術的專利。2017年,美國專利商標局公布了蘋果一項與固態電池充電技術相關的新專利。
相比世界其他各國,中國的固態電池進展要更快。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“全固態電池”課題在去年年底通過驗收。這一技術突破將進一步推動國內全固態鋰電池的規模應用,有望讓新能源汽車續航更久,更安全。
在企業方面,作為全球最大的動力電池和新能源汽車生產國,中國動力電池企業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,正在持續關注固態鋰電前沿技術信息,并已開展前瞻性開發工作,預計2025年以后固態鋰電可逐步實現產業化;寧德時代,在聚合物固態鋰金屬電池和硫化物基固態電池方向分別開展了相關的研發工作并取得了初步進展,其在固態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鋰離子電池正極復合材料及固態鋰離子電池發明專利,并在2018年1月表示正在積極推進固態電池項目商用;國軒高科2018年3月對外表示,半固態電池技術已處于實驗室向中試轉換階段;贛鋒鋰業2018年3月表示,正在對固態電池進行廣泛試驗工作,擬在2018年12月建成第一代固態鋰電池生產線,在2019年12月完成3億元固態鋰電池銷售,并推動第二代固態鋰電池技術成熟化,實現第三代固態鋰電池可研。
在創業公司領域,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藍新能源科技有限公司,在江蘇溧陽成立了江蘇衛藍新能源電池有限公司,正在建設電池中試線;已經完成B輪融資的清陶(昆山)能源發展有限公司在2018年11月對外宣布,其建成的全國首條固態鋰電池產線已于11月正式投產。
固態電池尚在研發階段
盡管全球的固態電池研發和投資熱鬧非凡,但整體來看車用固態電池尚處于研發階段,還遠遠未進入量產階段。
“盡管固態電池具有高安全性、高能量密度、循環次數高、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,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“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,現在的固態電池停留在研發階段,主要是因為固態電池存在容量衰減、內阻增加、內路短、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,固態電池研發和生產的主要挑戰在于:高離子導電率固態電解質材料的開發;固體與固體之間的接觸界面高阻抗和穩定性問題;固態電池特需設備的開發等。只有這些挑戰都能找到解決方案,固態電池才能夠實現量產。不少創業公司可能僅僅在其中一兩點上有自己的解決方案,最終還是沒能實現固態電池的產業化。
青域基金創始人徐政軍對“大出行下半場”(wx:investchuxing)解釋,國內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,產業龍頭寧德時代也在做,但都還在實驗室樣品階段。外面傳的所謂固態電池,都不是真正的“全固態鋰電池”,很多都是半固態鋰電池,電解質不是全固態的,是固液混合的。
因此,王榮進預測,固態電池的應用演進路徑為,先在消費電子經過充分的驗證后才有可能電動車上使用, 再經過1-2年整車測試驗證,預計整體所需時間至少為5-7年。