誰在爭搶固態(tài)電池？

固態(tài)電池的“風(fēng)口”要來了？

近日，一家新晉固態(tài)電池企業(yè)——重慶太藍(lán)新能源有限公司宣布完成數(shù)億元A++輪融資，這已經(jīng)是太藍(lán)新能源3個(gè)月內(nèi)的第二筆融資了。

無獨(dú)有偶，另一家固態(tài)電池廠商輝能科技也在近日獲得了融資，投資方來自國新科創(chuàng)，總金額達(dá)數(shù)千萬美元。

除此之外，今年以來，衛(wèi)藍(lán)新能源、Solitor、高能時(shí)代、Factorial Energy、恩力動(dòng)力、SES等國內(nèi)外多家固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)也接連獲得資本青睞。投資方包括華為、小米、寧德時(shí)代、欣旺達(dá)、梅賽德斯-奔馳、本田汽車、吉利控股、上汽集團(tuán)、通用汽車、現(xiàn)代汽車、起亞等，陣容相當(dāng)豪華。

很顯然，固態(tài)電池已經(jīng)成為各大汽車廠商爭奪未來純電動(dòng)車話語權(quán)的核心技術(shù)。

01為什么受寵？

固態(tài)電池雖然正逐漸站上風(fēng)口，但由于其商業(yè)化在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致各方對這一技術(shù)路線仍存較大爭議。

固態(tài)電池好在哪？

第一、固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜。與傳統(tǒng)鋰電池相比，固態(tài)電池更安全、能量密度也更高、循環(huán)性能更強(qiáng)。

第二、固態(tài)電池技術(shù)被認(rèn)為將大幅縮減電動(dòng)汽車的成本，有研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，量產(chǎn)固態(tài)電池的成本僅為目前鋰離子電池的40%。

基于以上兩點(diǎn)優(yōu)勢，在下一代汽車動(dòng)力電池的自主研發(fā)技術(shù)中，讓固態(tài)電池成為了風(fēng)向標(biāo)。

盡管前景可期，但由于技術(shù)和工藝上的種種問題，發(fā)展固態(tài)電池的道路并非一帆風(fēng)順。

首先，高效的電解質(zhì)材料體系缺乏。

作為固態(tài)電池的核心材料，目前在固體鋰離子導(dǎo)體的單一指標(biāo)上已有所突破，但綜合性能尚不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能需求?，F(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。

其次，固態(tài)電解質(zhì)和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。

在固體電解質(zhì)中鋰離子傳輸阻抗很大，與電極接觸的剛性界面接觸面積小，在充放電過程中電解質(zhì)體積的變化容易破壞界面的穩(wěn)定。

此外，在固態(tài)鋰電池中，除了電解質(zhì)和電極之間的界面，電極內(nèi)部還存在復(fù)雜的多級界面，電化學(xué)以及形變等因素都會(huì)導(dǎo)致接觸失效影響電池性能。

第三，長期使用時(shí)穩(wěn)定性不理想也是長壽命儲(chǔ)能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。

固態(tài)電池在服役過程中結(jié)構(gòu)與界面會(huì)隨時(shí)間發(fā)生退化，但退化對電池綜合性能的影響機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)長效應(yīng)用。而構(gòu)建高性能固態(tài)電池需要從兩方面入手，一是構(gòu)建高性能的固態(tài)電解質(zhì)，二是提高界面的相容性和穩(wěn)定性。

針對固態(tài)電池，我們要從最基礎(chǔ)的材料、界面、單體，一直到最終的系統(tǒng)模塊進(jìn)行研究，只有從根本上解決了關(guān)鍵材料和界面問題，才能開展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿足單電池的性能要求。

02百家爭鳴

面對發(fā)展過程中接連不斷的挑戰(zhàn)，各種新技術(shù)“百家爭鳴”，一些固態(tài)電池技術(shù)也有了最新突破。

比如前兩年，在固體電解質(zhì)材料上，業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)基于石榴石結(jié)構(gòu)的鋰鑭鋯氧（LLZO）固體電解質(zhì)體系的固態(tài)電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，它也因此成為一大技術(shù)熱點(diǎn)。

LLZO是一種性能優(yōu)異的填料，能夠提高聚合物基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的性能，基于LLZO的固態(tài)電池循環(huán)1000次后容量仍能保持81%。

去年，由沙特支持的印度研究者Saturnos也計(jì)劃公布其增強(qiáng)蝕變鋁離子（Enhanced Altered Aluminum Ion，簡稱Ea2I）電池化學(xué)成分的獨(dú)立測試。

據(jù)悉，該電池不使用鈷或鎳，不存在鋰離子的枝晶和熱失控火災(zāi)問題。相反，Ea2I 系統(tǒng)的陰極使用了高能、改變和無序的巖鹽結(jié)構(gòu)。

一組15kW的固態(tài)鋁離子電池重達(dá)565公斤，支持1200公里的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程，并能持續(xù)至少20000次充放電循環(huán)，在汽車使用中可提供長達(dá)15年的穩(wěn)定壽命

Saturnos表示，預(yù)計(jì)在2022年推出固態(tài)可充電鋁電池。投產(chǎn)后，它將成為世界上第一款商用鋁離子固態(tài)電池。

英國薩里大學(xué)（University of Surrey）研究人員也在近日成功開發(fā)出一款新型高密度固態(tài)鋰離子電池，該研究團(tuán)隊(duì)將氙離子注入陶瓷氧化物材料中，以制造固態(tài)電解質(zhì)。

研究小組發(fā)現(xiàn)，他們的方法創(chuàng)造出一種電池電解質(zhì)，且與未注入陶瓷氧化物材料的電池相比，其壽命提高了30倍，這款電池不久將會(huì)應(yīng)用到汽車上。

總的來說，對于固態(tài)電池的研究，目前已經(jīng)從學(xué)術(shù)層面逐漸走向?qū)嵺`。

豐田歐洲研發(fā)負(fù)責(zé)人杰拉爾德·基爾曼也曾公開表示，豐田已經(jīng)制造出配備固態(tài)電池技術(shù)功能的測試原型車，目前正在進(jìn)行耐用性為主導(dǎo)的開發(fā)過程，將在2025年正式投入使用。

梅賽德斯-奔馳近期也宣布將投資數(shù)千萬美元加速固態(tài)電池的發(fā)展，奔馳官方稱，最早在今年進(jìn)行測試原型電池，五年內(nèi)將固態(tài)電池技術(shù)集成到汽車上。

固態(tài)電池技術(shù)的前景正在吸引更多汽車制造商入局，他們都被電池的高能量密度和高安全性所吸引。

梅賽德斯汽車首席運(yùn)營官M(fèi)arkus Schfer稱，通過選擇固體電解質(zhì)而不是液體電解質(zhì)，電池可以提供更長的續(xù)航里程和更短的充電時(shí)間，這項(xiàng)技術(shù)對于電動(dòng)汽車發(fā)展的重要性是顯而易見的。

03何時(shí)產(chǎn)業(yè)化？

固態(tài)電池的技術(shù)優(yōu)勢很明顯，但在產(chǎn)業(yè)化方面，因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵技術(shù)涉及到各個(gè)企業(yè)核心技術(shù)而無法獲取，導(dǎo)致基于工程化應(yīng)用方面的技術(shù)還需要進(jìn)一步探究。

過去幾年，全球汽車巨頭產(chǎn)業(yè)都在投資研發(fā)這一領(lǐng)域，全球汽車產(chǎn)業(yè)的加入導(dǎo)致這一市場的“僧多肉少”，做科研和做技術(shù)的企業(yè)就那么多，誰能先拿下就是誰的。

此前，中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長歐陽明高在接受媒體采訪時(shí)表示，雖然中國目前在汽車動(dòng)力電池供應(yīng)上處于絕對龍頭地位，但歐美和日韓企業(yè)已經(jīng)在下一代固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)上處于領(lǐng)先地位。

歐陽明高認(rèn)為，如果從國家角度來講，目前固態(tài)電池技術(shù)最好的國家是日本。因?yàn)槿毡驹诠虘B(tài)電池的研發(fā)中制定了非常詳細(xì)的國家性計(jì)劃，每一步的分工都非常明確。

“而我國現(xiàn)在研發(fā)全固態(tài)電池還屬于各自為政階段，沒有一個(gè)完整的國家計(jì)劃來推動(dòng)，所以相比之下，日本應(yīng)該要超前我們 5 年。”

從2021年開始，日系三大車企豐田、本田、日產(chǎn)汽車都陸續(xù)對外發(fā)布2030戰(zhàn)略。這些戰(zhàn)略在表達(dá)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的決心之外，無一例外地把固態(tài)電池的研發(fā)作為重點(diǎn)戰(zhàn)略之一，并給出了具體的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

三家日系車企中，豐田的固態(tài)電池進(jìn)展啟動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)更靠前，最先試制。日產(chǎn)和本田則統(tǒng)一在2024年建設(shè)試產(chǎn)線，為量產(chǎn)做準(zhǔn)備。雖前期步調(diào)有些許差異，但三家均將批量生產(chǎn)時(shí)間設(shè)在2030年前。

最多五年的時(shí)間，三家車企都需要完成全固態(tài)電池的試產(chǎn)、量產(chǎn)到上車應(yīng)用，節(jié)奏十分緊湊。對比液態(tài)鋰電池的依賴外部供應(yīng)商模式，日系車企對固態(tài)電池自造的迫切可見一斑。

那我們的路該怎么走？

按照上海大學(xué)新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究中心研究員羅向群的觀點(diǎn)，企業(yè)可以分為三類路線：

第一種是半固態(tài)電池路線者，其實(shí)多半是從全固態(tài)路線轉(zhuǎn)為半固態(tài)路線，并且在可見的將來基本上專注于半固態(tài)電池，比如衛(wèi)藍(lán)新能源、SES、浙江鋒鋰等。

目前看，半固態(tài)電池量產(chǎn)裝車的時(shí)間點(diǎn)已經(jīng)到來。今年3月，衛(wèi)藍(lán)新能源首席科學(xué)家、創(chuàng)始人李泓透露，衛(wèi)藍(lán)新能源開發(fā)了混合固液電解質(zhì)動(dòng)力電池，并將在蔚來ET7車型上量產(chǎn)應(yīng)用，單次充電1000km，電池包電量達(dá)到150kWh，單體能量密度達(dá)到360Wh/kg。

半固態(tài)電池量產(chǎn)上車，是一個(gè)很重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。不過，半固態(tài)電池量產(chǎn)初期，價(jià)格不會(huì)便宜，有多少消費(fèi)者愿意為此買單還是一個(gè)未知數(shù)。

第二種是直接選擇全固態(tài)電池路線，如比亞迪已公布了固態(tài)電池相關(guān)產(chǎn)品計(jì)劃，還有的屬于整車企業(yè)選擇全固態(tài)產(chǎn)品，如天際汽車與輝能科技簽約固態(tài)鋰陶瓷電池電芯技術(shù)授權(quán)等；

第三種是選擇“兩條腿走路”，例如國軒高科、蜂巢能源等。5月27日，國軒高科在其第十一屆科技大會(huì)上發(fā)布了一款半固態(tài)電池，該款電芯能量密度達(dá)到360Wh/kg，將在今年年底量產(chǎn)上車。

而無論哪種路線，現(xiàn)階段我國的固態(tài)電池領(lǐng)域最先要解決的問題是如何合理運(yùn)用資金拿下固態(tài)電解質(zhì)。

做材料這種事不可操之過急，需要靜下心來長期積累，有了夯實(shí)基礎(chǔ)才能做到厚積薄發(fā)，中國全固態(tài)電池技術(shù)的落后，并不可怕，可怕的是不去做，況且技術(shù)研發(fā)不是一個(gè)恒定的值，在“你爭我趕”的過程中，我們有望顛覆。

事實(shí)上，目前國內(nèi)市場中，寧德時(shí)代和蔚來汽車均在固態(tài)電池的研發(fā)中已取得階段性進(jìn)展，另外，在小米、華為、輝能科技、春華資本、丹豐資本等資本的幫助下，國內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域的投資也取得了較好的成績。

只不過現(xiàn)在的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，磷酸鐵鋰、三元鋰、半固態(tài)和固態(tài)電池處于一種混合存在的狀態(tài)，它們都有著此時(shí)此刻自己應(yīng)該扮演的角色。

雖然現(xiàn)在固態(tài)電池還未應(yīng)用在汽車上，但在消費(fèi)電子、無人機(jī)等終端設(shè)備之上，卻已經(jīng)得到了不少的應(yīng)用。

歐陽明高預(yù)測，固態(tài)電池真正在汽車領(lǐng)域大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，大概的時(shí)間是在2025~2030年之間。