導(dǎo)讀：固態(tài)電池具有諸多優(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。

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(mào)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(yù)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(shù)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。“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300瓦時/千克，而國內(nèi)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(zhì)，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(zhì)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(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(yīng)用成為可能。

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)是純固態(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(lǐng)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(zhì)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(shù)，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(lǐng)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(gòu)，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(yīng)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BatScap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(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350瓦時/千克。一些初創(chuàng)電池企業(yè)如Sakit3、SEEO、QuantumScape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Sakti3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(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(shù)與工程研究所牽頭承擔的納米先導(dǎo)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，中國動力電池企業(yè)和車企也表示了最濃厚的興趣。

在上市公司領(lǐng)域，當升科技表示，已開展前瞻性開發(fā)工作，預(yù)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(guān)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；比亞迪公司于2017年8月申請了相關(guān)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)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(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(lǐng)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(shè)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(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(dǎo)電率導(dǎo)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(nèi)阻增加、內(nèi)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(dǎo)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、固態(tài)電池特需設(shè)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?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)始人徐政軍的解釋是，國內(nèi)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(zhì)技術(shù)。

在王榮進看來，固態(tài)電池的應(yīng)用演進路徑是：先要在消費電子領(lǐng)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。

固態(tài)/半固態(tài)電池巨大的發(fā)展?jié)摿ν瑯右鹆速Y本界的關(guān)注。今年年初，外媒報道稱，24M獲得了2180萬美元（約1.5億元）的D輪融資，該輪融資由日本兩家企業(yè)界巨頭京瓷集團和伊藤忠商事株式會社領(lǐng)投。加上最新一輪的投資，迄今為止該公司募資總額已經(jīng)達到7180萬美元（約4.9億元）。

日本

日本巨頭的投資自然不是突然的心血來潮。據(jù)起點鋰電大數(shù)據(jù)記者了解，目前日本對半固態(tài)電池的布局較為全面，包括豐田、本田、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術(shù)機構(gòu)也在聯(lián)合研發(fā)電動車全固態(tài)鋰電池。

上個月，豐田汽車宣布，將于松下共同建設(shè)一家新的合資公司展開車用方形電池事業(yè)，合作內(nèi)容包括豐田擬向新公司出資51%，松下出資49%，共同開發(fā)全固態(tài)電池。據(jù)了解，豐田已研究固態(tài)電池多年，按照其規(guī)劃，將于本世紀20年代初實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化。

中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事歐陽明高曾透露，日本為應(yīng)對中國和韓國電池產(chǎn)業(yè)的崛起，據(jù)全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池，每年政府經(jīng)費達到50-100億日元。

中國

面對日本的強勢布局，國內(nèi)企業(yè)也并不示弱。據(jù)起點鋰電大數(shù)據(jù)記者了解，國內(nèi)企業(yè)中清陶能源、寧德時代、贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、國軒高科、輝能科技等已有這方面的行動。

在今年年初的美國CES展上。輝能科技推出了新一代革命性的原創(chuàng)固態(tài)電池技術(shù)。該新一代電池包與傳統(tǒng)電池的差異主要在于兩方面：電池包僅有四顆電池芯構(gòu)成；自帶散熱系統(tǒng)的電芯。

目前，輝能固態(tài)電池包技術(shù)已吸引中歐美日車廠試樣，并與歐洲某汽車集團洽談合作計劃，預(yù)計最快今年便能看到全球首臺采用“BiPolar+三維結(jié)構(gòu)固態(tài)電池包技術(shù)”的樣車展出。

運用該技術(shù)的電池包單一電芯已可達到85.2伏、20度電以上，只需要四顆電芯就能驅(qū)動整車，因此省去大量連接線材，將電池包體積縮小了五成。

隨后，1月12日，在中國電動汽車百人會論壇期間，一臺天際ME7成為了大家爭相討論的焦點，這也是國內(nèi)首臺公開展示的固態(tài)電池樣車。

清華大學材料學院副教授李亮亮表示：“固態(tài)電解質(zhì)不易燃，還不會產(chǎn)生液態(tài)電解質(zhì)，因此不帶腐蝕性，是解決電池安全性問題的有效方案，也符合未來電池發(fā)展的趨勢。”

韓國

在鋰電池領(lǐng)域與中日三分天下的韓國對固態(tài)電池亦虎視眈眈，早在2017年，三星SDI就于北美車展展出了固態(tài)電池；2018年11月，三星SDI、LG化學和SK創(chuàng)新計劃聯(lián)手開發(fā)核心電池技術(shù)，并將成為1000億韓元的基金，用于進行固態(tài)電池、鋰金屬電池等的研發(fā)。

德國

作為包攬了幾乎全球優(yōu)質(zhì)車企的德國，在新能源汽車逐漸成為趨勢的今天，動力電池似乎成為了德國上下的一塊“心病”。既然鋰電池中日韓三分天下的局勢已定，那么固態(tài)電池或?qū)⒊蔀椴诲e的選擇。

大眾汽車去年宣布，向加州初創(chuàng)公司QuantumScape注資1億美元，用于固態(tài)電池的開發(fā)和量產(chǎn)。后者計劃在2025年研發(fā)并擁有可量產(chǎn)的固態(tài)電池。此外，寶馬也宣布，將攜手電池技術(shù)公司SolidPower共同研發(fā)全新的固態(tài)電池，此前SolidPower曾打造出了一種全新的固態(tài)電池，在相同重量下，其電量達傳統(tǒng)鋰電池的2--3倍。

小結(jié)

固態(tài)電池作為鋰電池下一代的重要方向，從市場的角度來看，如果能夠量產(chǎn)使用，將會很大程度上改變目前的電池市場格局，因此，跑馬圈地已成為各個國家的共識；從應(yīng)用的角度來看，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)中沒有氣體和液體，擁有高密度性、高安全性等無可比擬的優(yōu)勢。