正是因为固态电池具有这么多的优点,世界多国政府都高度重视固态电池的研发,上市公司和创业公司纷纷投资固态电池这一全新赛道。
其中,日本在全球遥遥领先。2018年7月,日本国立研究机构——新能源产业技术综合开发机构(NEDO)对外宣布启动第二阶段固态锂离子电池研发项目,并为此斥资100亿日元(约合人民币5.9亿元),成员包括23家整车及电池、材料厂商,另外还有15家大学及公共研究机构,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。
日本企业在固体电池方面的研究开始的较早,水平较高,尤其是在硫系固态电解质方面,日本丰田汽车公司近日披露了其全固态电池的框架,并计划于本世纪20年代初实现商业化。
在韩国,三大蓄电池厂商LG化学、三星SDI和SK创新2018年11月对外宣布,联手开发核心电池技术,将成立一个规模1000亿韩元的基金,计划在固态电池、锂金属电池和锂硫电池领域进行研发,来打造下一代电池产业生态系统。
2018年11月,德国总理默克尔将计划拨发10亿欧元用于支持德国的一家电池生产商,同时也将资助一家电池研发机构,用于开发下一代的固态电池。德国政府的这一举措是为了减少德国车企对于中日韩电池供应商的依赖。其中,大众和宝马公司也在大力发展固体电池,可能从2024或2025年开始批量生产。
在法国,博洛雷(Bolloré)公司一直致力于聚合物全固态电池的研究,其子公司Bat Scap生产的PEO基固态锂离子电池用于电动汽车,是国际上第一个采用固态锂电池的电动汽车案例,但该聚合物固态电池需要在80℃下工作,且比能量不够高,未显示出相较于液态电解质电池的优势。
美国则主攻基于聚合物和氧化物固态电解质的全固态锂电池的研发路线,美国先进电池联合会(USABC)提出在2020年将电芯能量密度提高至350Wh/kg。一些初创的电池企业如Sakit 3、SEEO、Quantum Scape和SolidPower等纷纷宣布在高能量密度全固态锂电池研发方面取得重大进展。
其中,2015年Sakti 3表示将开发出能量密度为当前锂电池2倍的全固态电池,而成本只要锂电池的五分之一。自 2012 年以来,苹果公司就已经开始布局全固态电池技术的专利。2017年,美国专利商标局公布了苹果一项与固态电池充电技术相关的新专利。
相比世界其他各国,中国的固态电池进展要更快。中科院宁波材料技术与工程研究所牵头承担的纳米先导专项“全固态电池”课题在去年年底通过验收。这一技术突破将进一步推动国内全固态锂电池的规模应用,有望让新能源汽车续航更久,更安全。
在企业方面,作为全球最大的动力电池和新能源汽车生产国,中国动力电池企业和车企则表示了对动力电池最浓厚的兴趣。
在上市公司领域,当升科技表示,正在持续关注固态锂电前沿技术信息,并已开展前瞻性开发工作,预计2025年以后固态锂电可逐步实现产业化;宁德时代,在聚合物固态锂金属电池和硫化物基固态电池方向分别开展了相关的研发工作并取得了初步进展,其在固态电池上的思路是对正极材料做了保护,提高兼容的问题;比亚迪,曾于2017年8月申请了一种全固态锂离子电池正极复合材料及固态锂离子电池发明专利,并在2018年1月表示正在积极推进固态电池项目商用;国轩高科2018年3月对外表示,半固态电池技术已处于实验室向中试转换阶段;赣锋锂业2018年3月表示,正在对固态电池进行广泛试验工作,拟在2018年12月建成第一代固态锂电池生产线,在2019年12月完成3亿元固态锂电池销售,并推动第二代固态锂电池技术成熟化,实现第三代固态锂电池可研。
在创业公司领域,中科院物理所背景、中科院院士陈立泉和北汽新能源原总工俞会根投资的背景卫蓝新能源科技有限公司,在江苏溧阳成立了江苏卫蓝新能源电池有限公司,正在建设电池中试线;已经完成B轮融资的清陶(昆山)能源发展有限公司在2018年11月对外宣布,其建成的全国首条固态锂电池产线已于11月正式投产。
固态电池尚在研发阶段
尽管全球的固态电池研发和投资热闹非凡,但整体来看车用固态电池尚处于研发阶段,还远远未进入量产阶段。
“尽管固态电池具有高安全性、高能量密度、循环次数高、相对较轻等特点,但界面阻抗大(电解质跟材料界面是固-固状态,不利于锂离子传输)、快充难度大(高阻抗、低导电率导致内阻大)、成本高等一系列问题尚待解决。”劲邦资本合伙人王荣进“大出行下半场”(wx:investchuxing)分析。
中科院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊认为,现在的固态电池停留在研发阶段,主要是因为固态电池存在容量衰减、内阻增加、内路短、热失控、日历失效等失效行为,降低了电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性和可靠性。
从实操的角度来看,清陶新能源材料研究院院长何泓材对“大出行下半场”(wx:investchuxing)分析,固态电池研发和生产的主要挑战在于:高离子导电率固态电解质材料的开发;固体与固体之间的接触界面高阻抗和稳定性问题;固态电池特需设备的开发等。只有这些挑战都能找到解决方案,固态电池才能够实现量产。不少创业公司可能仅仅在其中一两点上有自己的解决方案,最终还是没能实现固态电池的产业化。
青域基金创始人徐政军对“大出行下半场”(wx:investchuxing)解释,国内好多科研院所像中科院青岛能源所、宁波材料所、物理所等都在做,产业龙头宁德时代也在做,但都还在实验室样品阶段。外面传的所谓固态电池,都不是真正的“全固态锂电池”,很多都是半固态锂电池,电解质不是全固态的,是固液混合的。
因此,王荣进预测,固态电池的应用演进路径为,先在消费电子经过充分的验证后才有可能电动车上使用, 再经过1-2年整车测试验证,预计整体所需时间至少为5-7年。