瞄準下一代新技術(shù) 固態(tài)電池全球角力

提起固態(tài)電池,業(yè)內(nèi)人士早已不再陌生。在電動汽車浪潮蓬勃興起的今天,繼液態(tài)鋰離子電池大規(guī)模應用后,固態(tài)電池成為行業(yè)關(guān)注的熱點,被視作下一代動力電池尖端技術(shù)。其中,汽車制造商和電池供應商的態(tài)度最為積極,走在研發(fā)和測試的前端,甚至紛紛公布了量產(chǎn)時間表。最近的一個例子,莫過于不久前大眾汽車集團的表態(tài)。

為了進一步明確汽車行業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域的布局和進展,記者梳理了主流企業(yè)的相關(guān)信息。與鋰電池的中、日、韓“三國殺”不同,固態(tài)電池的競爭呈現(xiàn)出全球角力的態(tài)勢。

英國 戴森

2015年,英國家電巨頭戴森宣布收購美國密歇根州的新型固態(tài)電池初創(chuàng)公司Sakti3。Sakti3一直致力于專業(yè)研發(fā)、制造高性能固態(tài)鋰離子電池。

法國 博洛雷

博洛雷2900輛投入使用的電動汽車Bluecar,配裝子公司Batscap生產(chǎn)的30kWh金屬鋰聚合物電池,該款動力電池采用Li-PEO-LFP材料體系。

德國 大眾

今年8月初,大眾汽車集團CEO迪斯在沃爾夫斯堡舉行的一次新聞發(fā)布會上表示,其合作伙伴QuantumScape正在研發(fā)能讓電動汽車更便宜、續(xù)駛里程更長的技術(shù),雙方計劃未來幾年合作生產(chǎn)電池。據(jù)了解,QuantumScape是一家初創(chuàng)公司,今年6月得到了大眾集團1億美元的投資,其試制的固態(tài)電池已在電動汽車上完成測試。大眾集團還計劃與QuantumScape成立一家合資公司,目標是到2025年建立固態(tài)電池生產(chǎn)線。

大眾集團方面表示,如果使用新開發(fā)的固態(tài)電池,該公司e-Golf的續(xù)駛里程可以從現(xiàn)有的300公里增至約750公里?！肮虘B(tài)電池的商業(yè)化應用將成為電動汽車的一個轉(zhuǎn)折點?！贝蟊娂瘓F研發(fā)負責人阿克塞爾·海因里希說,“通過將大眾集團豐富的產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗與QuantumScape的技術(shù)相結(jié)合,我們希望加快固態(tài)電池的商業(yè)化速度,向著零排放的下一代移動工具不斷前進?！?/p>

去年9月,大眾集團公布了電動汽車大規(guī)模發(fā)展計劃“RoadmapE”,提出到2030年大眾集團全部車型都將有電動版。一旦其固態(tài)電池大規(guī)模應用,大眾集團的電動汽車計劃勢必獲得不小的助力。

德國 寶馬

與所有競爭對手一樣,寶馬對固態(tài)電池同樣充滿了興趣。去年12月,寶馬宣布與電池技術(shù)公司Solid Power建立新的合作伙伴關(guān)系,雙方將聯(lián)手開發(fā)電動汽車專用的固態(tài)電池技術(shù),并且包括后續(xù)的商業(yè)化進程。寶馬希望固態(tài)電池可以將電動汽車性能提升到全新的水平,計劃2026年投產(chǎn)固態(tài)電池。

Solid Power是美國科羅拉多州的一家初創(chuàng)公司,成立于2012年。Solid Power之前宣稱其在固態(tài)電池技術(shù)方面迎來突破,這家公司在鋰電池中混合了高容量的金屬鋰負極,并打造出一種新的固態(tài)電池,在重量相同的情況下電量為傳統(tǒng)鋰電池的2～3倍?！肮境闪⒁詠?Solid Power團隊一直致力于開發(fā)和推廣具有競爭力的固態(tài)電池。與寶馬的合作進一步證實了固態(tài)電池創(chuàng)新將進一步改善電動汽車。”Solid Power創(chuàng)始人兼CEO道格·坎貝爾表示。

德國 大陸集團

去年11月,德國零部件巨頭大陸集團CEO埃爾馬·根哈特對外透露,他們正在考慮加大對創(chuàng)新型電池的生產(chǎn)投資。根哈特補充道,大陸要投資的并不是目前正在使用的鋰離子電池,而是預計在2024年或2025年投入生產(chǎn)的新一代固態(tài)電池技術(shù)。

大陸集團此前宣布,計劃2021年前投資3億歐元,以支持未來十年電動汽車技術(shù)的研發(fā),其中包括電池新技術(shù)。今年7月,大陸集團宣布一拆三,分為三大板塊:動力總成、汽車和橡膠,并形成三個獨立的控股公司。其中,動力總成公司業(yè)務包括電驅(qū)動、內(nèi)燃機相關(guān)、電池項目。

中國 上汽

2016年,美國材料科技公司Solid Energy宣布,其獲得了來自中國上汽集團的B輪戰(zhàn)略投資。

Solid Energy脫殼于美國麻省理工大學能源實驗室。2013年,Solid Energy獲得新加坡淡馬錫旗下VC祥峰投資和上海乾洋共計450萬美元的A輪投資。去年年底,Solid Energy獲得3000萬美元的C輪融資,具體資方不明。

中國 比亞迪

比亞迪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。今年1月,比亞迪在互動平臺表示,公司正在積極推進固態(tài)電池項目商用。

中國 寧德時代

在我國,已經(jīng)有不少科研機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)在固態(tài)電池上下了大功夫,并取得了階段性成果,例如:中科院化學所、中科院寧波材料所、中科院青島生物能源所、中科院上海硅酸鹽研究所、中科院物理所、萬向集團、寧德時代、比亞迪等。

中國工程院院士陳立泉曾明確表示:“能量密度要進一步提高,必須從現(xiàn)在開始考慮全固態(tài)鋰電池?！敝袊妱悠嚢偃藭硎麻L陳清泰也認為,從下一步發(fā)展來看,應該關(guān)注固態(tài)電池。

以最近風頭正猛的寧德時代為例,該公司主要在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作。其中,聚合物固態(tài)鋰金屬電池方面,寧德時代設計制作了容量為325毫安時的聚合物電芯,循環(huán)300圈以上,容量保持率達到82%。

不過,寧德時代董事長曾毓群坦言,公司在固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)投入已有幾年,取得了一定的成績,但距離商業(yè)化的時間仍比較長。

中國 贛鋒鋰業(yè)

今年5月,贛鋒鋰業(yè)對外表示,目前正在對固態(tài)電池產(chǎn)品進行廣泛的試驗工作,并在寧波設立了研發(fā)中心及試驗生產(chǎn)線,以加快公司固態(tài)鋰電池技術(shù)的商業(yè)化。目前該公司固態(tài)鋰電池產(chǎn)品處于試驗階段,已通過多項第三方安全測試。

中國 萬向

去年9月,萬向旗下的A123系統(tǒng)公司投資了Solid Power。今年2月,萬向宣布,A123系統(tǒng)公司對美國離子材料公司進行了投資。該公司系一家新材料科技公司,其研發(fā)出的特殊聚合物電解質(zhì),可將新型固態(tài)電池性能提高到全新水平。

中國 清陶

清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司(簡稱“清陶發(fā)展”)是清華大學南策文院士團隊投資創(chuàng)辦的一家專注于頂尖新能源材料技術(shù)“產(chǎn)-學-研”發(fā)展轉(zhuǎn)化的高科技企業(yè)。該公司官網(wǎng)顯示,其圍繞全固態(tài)鋰電池開發(fā)有豐富的技術(shù)經(jīng)驗,形成了一系列自有知識產(chǎn)權(quán)技術(shù),目前已突破核心技術(shù)全固態(tài)電解質(zhì)材料(LLTO、LLZO)生產(chǎn)技術(shù),可通過流延成型、薄膜制備等多種方法制備出全固態(tài)電解質(zhì)膜,替代傳統(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(zhì)材料。2017年,清陶發(fā)展以實現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化為工作重點,從材料、器件、裝備多維度開展聯(lián)合攻關(guān),已推出可量產(chǎn)化的全固態(tài)鋰電池,能量密度達350Wh/kg。

韓國 現(xiàn)代汽車

現(xiàn)代汽車也加入了固態(tài)電池的競爭。去年4月,《韓國先驅(qū)報》透露,現(xiàn)代汽車正通過其南陽研發(fā)中心旗下的電池研發(fā)團隊進行固態(tài)電池的研發(fā),已達到一定的技術(shù)水平。

今年7月,現(xiàn)代汽車宣布投資IonicMaterials公司。據(jù)了解,該公司位于美國馬薩諸塞州,研發(fā)的是一種固態(tài)堿性電池,相比于鋰離子電池,它的成本更低,同時穩(wěn)定性更好。官方宣稱,就算子彈打入電池表面,電池仍能正常工作。

Ionic Materials專注于制造一種全新的聚合物來取代當今鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)。據(jù)外媒報道,Ionic Materials的研究人員聲稱已取得三大突破,首先他們斷言,鋰離子在聚合物中的移動比在常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)中還要快,這基本上與既有物理認知相反,理論上離子應該更不容易通過固體,如果這項研究是事實,將在固態(tài)電池領(lǐng)域帶來重大革新。其次,Ionic Materials表示,其材料工作電壓高達5V。最后,固態(tài)電池研究中大多數(shù)材料約在60°C溫度下運行,但他們的材料能在室溫環(huán)境下工作。

除了現(xiàn)代汽車外,Ionic Materials公司的“金主”可不少。今年2月,Ionic Materials公司宣布完成了6500萬美元的C輪融資,而投資者包括韓國三星、英國戴森以及雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟。

韓國 三星SDI、LG化學

韓國方面,三星SDI、LG化學等正在加快固態(tài)電池的研發(fā)。在去年和今年的北美車展上,三星SDI均展出了固態(tài)電池。三星SDI的一位高管去年曾表示,大概在兩年內(nèi)生產(chǎn)固態(tài)電池,屆時可能會首先應用于智能手機,安全性充分得到測試之后,2025年左右會應用在汽車上。

另外,LG化學也在加快研究固態(tài)電池技術(shù)。根據(jù)三星SDI的說法,LG化學和三星SDI的固態(tài)電池研發(fā)技術(shù)處于同等水平。

日本 日立造船

今年7月底,日立造船公司社長谷所敬對外闡述了公司的固態(tài)電池發(fā)展計劃。據(jù)他介紹,日立造船計劃最早年內(nèi)在宇宙空間領(lǐng)域使得固態(tài)電池進入實用化階段,至于面向汽車領(lǐng)域的量產(chǎn),則為2026～2029年。

“首先將固態(tài)電池用于宇宙空間等特殊領(lǐng)域,作為生產(chǎn)的突破口,之后與本田等車企合作,未來面向電動汽車量產(chǎn)固態(tài)電池。相關(guān)路線圖已經(jīng)制定出來?！惫人凑f。他認為,固態(tài)電池未來將是公司新的利潤來源。

注:今年6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)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),成員包括豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、三井化學、旭化成、東麗等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)。

日本 豐田

作為大眾汽車集團的最大競爭對手,豐田對固態(tài)電池的研究也已持續(xù)數(shù)年。去年10月,豐田宣布投入200余人加快對這項技術(shù)的研發(fā)。同年12月,豐田與松下聯(lián)合對外宣布,雙方正探討在方形車載電池方面展開合作,并欲聯(lián)合開發(fā)固態(tài)電池,以通過先進的電池技術(shù)促進電動汽車的普及。

目前,豐田可使固態(tài)電池的功率密度提高到約2.5 kW/L,能量密度約為400Wh/kg。據(jù)豐田電池生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)部主管巖瀨正宜介紹,固態(tài)電池的能量密度至少能達到現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的2倍以上,并有望大幅降低快速充電時間。與燃油車相比,現(xiàn)有電動汽車普及的主要障礙在于車價高、續(xù)駛里程短、充電時間長,而固態(tài)電池有助于改善后兩者。

巖瀨正宜表示,目前豐田正在加快研發(fā),以超越液態(tài)鋰離子電池為前提,以實現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化為目標,預計2025年前可實現(xiàn)固態(tài)電池的小批量生產(chǎn),之后的目標是掌握大批量生產(chǎn)固態(tài)電池的技術(shù)。

日本 雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟

雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟也沒有忽視固態(tài)電池這支潛力股。今年3月,雷諾集團電動汽車業(yè)務負責人吉勒斯·諾曼德透露,雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟正致力于固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)。諾曼德認為,固態(tài)電池是汽車業(yè)的新希望,主要應用于長續(xù)駛的電動汽車,“這項技術(shù)在成本、密度和熱穩(wěn)定性方面都較目前的鋰離子電池有巨大優(yōu)勢?！彼a充說:“雖然還有許多挑戰(zhàn),但我們?nèi)〉昧朔浅：玫倪M展,目標是在2030年之前將其推向市場,如果可能的話,2025年?！?/p>

今年1月,雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟宣布,設立名為“聯(lián)盟風投”的企業(yè)風投基金,未來五年為創(chuàng)業(yè)公司提供高達10億美元的投資。雷諾和日產(chǎn)分別注資40%,三菱注資20%。第一筆投資給予Ionic Materials,該公司主要開發(fā)固態(tài)堿性電池。

美國 通用

2016年,美國材料科技公司Solid Energy獲得了通用汽車、上汽集團和Applied Materials合投的1200萬美元B輪融資。

美國 菲斯科

去年年底,菲斯科宣布該公司已經(jīng)申請了固態(tài)鋰電池專利,并預計在2023年實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

編后:除汽車制造商及電池生產(chǎn)企業(yè)外,三菱瓦斯化學、東麗、住友化學等材料廠商也看好固態(tài)電池的市場前景,正在加速相關(guān)材料的研發(fā)。三菱瓦斯化學的目標是,2020年前開發(fā)出用于固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì),以盡快將新一代電池材料推向市場?？梢哉f,固態(tài)電池已成為企業(yè)普遍看好的下一代電池技術(shù),當然,研發(fā)及實現(xiàn)量產(chǎn)的難度也不低。

為此,除了自身研發(fā)外,不少企業(yè)選擇合作,汽車廠商與電池廠商合作,與初創(chuàng)公司合作,與材料廠商及科研機構(gòu)的合作屢見不鮮。一旦能量密度大增的固態(tài)電池實現(xiàn)商業(yè)化應用,對于電動汽車發(fā)展所起到的促進作用不言而喻。