多家企業機構發力 固態電池商業化還需多久？

導讀：許多整車企業早已開始自主研發、合作研發或通過投資入股初創企業等方式加快了對固態電池技術的研發速度。

（來源：微信公眾號“電池聯盟” ID：zgcbcu 作者：龍闕）

9月12日，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織宣布，將與日本化學品制造商Piotrek合作開發高能固態鋰離子電池，計劃在將來5年內面向全球市場推出，用于電子設備、無人機和電動車等范疇。

澳聯邦科學與工業研究組織表示，該機構在固態電池研發中有“可逆加成斷裂鏈轉移”技術，能與日本Piotrek公司的“離子導電聚合物”技術結合，有望在此基礎上開發出“世界上最安全、壽命更長的高能固態電池”。

從目前技術進展來看，市面上售賣的純電動車主要采用的是鋰離子或鋰聚合物電池，絕大多數屬于液態或凝膠態電池，只是由于正極材料的不同，又分為了NCA、NCM等不同的電池種類。

相比于液態電池，全固態電池的優點比較分明，尤其是在安全層面上，液態鋰離子電池由于過度快充時會萌生“枝晶”，刺穿內部隔膜引發電池短路而起火爆炸的危險。而理論上，固態鋰離子電池則可避免此危險發生。

而在工作原理上，其固態的電解質具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子集中在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量和能量密度。

一

固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的新型電池，與傳統電池相比具有能量高、安全性高等優點，是電解質采用固態材料的鋰二次電池，與傳統鋰電池的區別在于，它是以固態電解質替代了傳統鋰電池的電解液、電解質鹽、隔膜。

目前，固態電池主要有兩大優點，一是安全性高，二是能量密度高。

傳統鋰電池在過充或是內短路的情況下，容易導致電解液發熱，進而有自燃或爆炸的危險性。而固態電池由于是固態電解質，不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液，安全性相比傳統鋰電池要高。此外，由于固態電池使用的是固態電解質，因此無需隔膜與電解液，可以節約近40%的體積和25%的質量。

除此之外，固態電池還包括循環壽命長、工作溫度范圍寬、薄膜柔性化、回收方便、可快速充電、與電極材料相容性好，以及耐潮濕環境等優點。而相對應的，全固態電池的缺點惟有成本高、產能低等自身屬性之外的因素。

固態電池由于在安全性、可靠性、能量密度、循環壽命等多方面性能優點分明，被業內認為是較為理想的下一代電池技術體系。

依據《汽車產業中長期發展規劃》、《節能與新能源汽車技術路線圖》等文件表示，動力電池系統能量密度需要在2025-2030年達到350Wh/Kg，以滿足一般電動車的續航里程要求。固態電池作為最容易達到這一要求的技術路線，也受到行業重視。

此外，中國科學院院士、中國電動車百人會執行副理事長歐陽明高曾表示，鋰電池具有成為動力電池主流技術的潛質和前景，但瓶頸是安全性。從改善電池本身安全性出發，要發展新型的固態電解質電池。中國電池產業國際競爭壓力巨大，需要全力追趕固態電池前沿技術。

據知道，下一代固態鋰離子電池的能量可能是目前鋰離子電池的兩倍，在新能源汽車等范疇使用前景廣闊。固態電池不像傳統電池那樣有易揮發和易燃的液體，在受到撞擊和損壞等情況下也不易燃燒。

二

澳聯邦科學與工業研究組織電池研究部門負責人亞當·貝斯特表示，有多家公司在爭相研發固態電池，預計2025年前市場上就會有使用固態電池的產品。

據知道，過去十年內固態電池范疇專利數量增長已經超過了10倍。許多整車企業早已開始自主研發、合作研發或是通過投資入股初創企業等方式加快對固態電池技術的研發速度。

雖然全固態電池的產品優點頗多，但至今還沒有任何一家企業能將這項技術真正用于踐行，由此可見其研發環節的挑戰。而一個鮮明的例證就是，雖然全球范圍內開展固態電池研究的機構很多，但彼此之間的研發進展還存在著較大差異。

依據不完全統計，目前全球范圍內約有五十多家制造企業、初創公司和高校科研院所致力于固態電池技術。

國際上，固態電池發明專利方面，日本占據了全球范圍內的一半以上，豐田更是以26項專利占據單一機構中的首位。除此之外，在歐美地區，專攻這一范疇的創業公司數量也開始逐漸增多。

2015年，戴森收購了一家專門開發全固態電池的公司Sakti3。Sakti3在氧化物固態電解質研發上處于領先地位。

2018年，戴森表示正在開發一種極具創新理念的電動車，量產車型將于2020年上市，其電動力系統將采用Sakti3研發的固態電池。

2017年，現代宣布研發固態電池技術。2018年7月，現代宣布投資Ionic Materials公司，進一步進行固態電池研發工作，預計將于2025年實現固態電池量產。

2018年7月，大眾向擁有超過200多項關于固態電池的技術專利QuantumScape投資約1億美元，旨在2025年前建立固態電池加工線。

2019年8月，美國新能源公司SF Motors旗下部門TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固態電池設計原型，且該電池的能量密度達到創紀錄的432Wh/kg，沖破了高鎳三元的能量密度上限。

此外，豐田在固態電池范疇擁有大量專利，約252件，占比13%，目前位列全球第一。

豐田是基于硫化物電解質、石墨類負極的鋰電池路線推進的固態電池產業化，試驗室產品能量密度達到400Wh/Kg，預計2022年推出搭載全固態電池的電動車型，2025年實現量產。

寶馬除了自建電芯研發中心，研發固態電池技術外，還于Solid Power在固態電池方面達成深度合作，有望于2026年實現固態電池量產。

三

在國內，由寧德時代引領的企業，對全固態電池深入研究多年，但發展路徑卻存在差異。

寧德時代主要以硫化物電解質為研發方向。目前，容量為325mAh，能量密度為300Wh/kg的聚合物鋰金屬固態電池300周循環以上剩余82％，由此可見，距離真正投入商業化尚有一定的差距。

如果按照地區劃分，固態電池的海外發展主要聚集在美國Sakit3、日本豐田、法國Bollore。

據知道，日本采取以豐田為龍頭的多家機構聯合的方式研發全固態鋰離子電池，是全球范圍內規模最大的聯合機構，預計總投資100億日元。

此機構包括豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術。

與日本不同的是，歐美企業主要采取自主研發。

2011年10月，法國Bollore開始利用自主開發的電動車“Bluecar”與電動巴士“Bluebus”，在法國巴黎及其郊外提供汽車共享服務“Autolib”，已累計投入了3000輛BatScap制造的固態電池30kWh。

美國Sakti3致力于電池技術的研究已有20年，且擁有70余項專利。2015年10月，被真空吸塵器創新者戴森以9000萬美金的價格全資收購，以處理使用在其產品中的可充電鋰電池續航時間不夠長、安全性有限的問題。

Sakti3目前存在的最大問題是其采用薄膜沉淀工藝的制造技術，使得成本居高不下，且在將來降低成本的可能性也不算太大。因此在現階段，其產品只能使用于小型家電之中。

特斯拉CEO馬斯克曾表示，固態電池技術有一定前景，但距離技術成熟還需要時間，目前也不足以改變特斯拉的戰略。

依據大部分企業的規劃，固態電池技術真正成熟可能需要等到2025年前后，真正具備量產能力可能需要等到2030年前后。

固態電池規模化加工需要考慮加工技術、加工設備、加工環境等多方面因素，相比傳統鋰離子電池對加工設備的精度有著更高的要求，還需要高度干燥的加工環境。

此外，想要進行商用化量產，固態電池除了本身性能需要一定的驗證周期外，和主機廠的車輛產品匹配也需要進行驗證。

從整體來看，固態電池今朝的制備技術成熟度還有待增強，能形成規模產能的企業有限，技術規模化擴產需要克服的困難還有很多。

原標題:多家企業機構發力，固態電池商業化還需多久？

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