鋰電池“終結(jié)者”再突破！固態(tài)電池?fù)屨贾聘唿c(diǎn)

據(jù)11月27日報(bào)道，澳大利亞迪肯大學(xué)的研究人員表示，他們已經(jīng)設(shè)法使用常見的工業(yè)聚合物來制造固體電解質(zhì)，有望使鋰離子電池的能量密度增加一倍，這種固態(tài)鋰電池在過熱時不會爆炸或著火。目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在紐扣電池中進(jìn)行了測試，他們將尋找商業(yè)伙伴將這些固態(tài)電池推向市場。

這項(xiàng)新技術(shù)使用了一種弱結(jié)合到鋰離子的固態(tài)聚合物材料，來代替通常用作當(dāng)前電池單元電解質(zhì)的揮發(fā)性液體溶劑。

據(jù)該團(tuán)隊(duì)陳芳芳博士在新聞稿中表示：“如果行業(yè)采用我們的技術(shù)，我可以預(yù)見道這樣一個未來，例如，可以將電池相關(guān)設(shè)備安全地裝在飛機(jī)行李中，或者電動汽車不會像現(xiàn)在這樣對乘員或急救人員構(gòu)成火災(zāi)危險(xiǎn)。”

近年來，動力電池作為電動汽車的“心臟”一直備受關(guān)注。隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前全球多家巨無霸車企對于固態(tài)電池都在投入重金競相研發(fā)。固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比具有更高的能量密度，同時擁有更大的功率和更長的使用時間，是下一代鋰電池發(fā)展的大趨勢。

隨著全球知名企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)布局，預(yù)計(jì)2030年全球固態(tài)電池需求有望接近500GWh。參考SNEresearch的動力電池出貨量預(yù)測，若固態(tài)電池能在2022年實(shí)現(xiàn)市場化并逐步提升滲透，到2025年固態(tài)電池在動力電池中的市場空間大約能達(dá)到60億元左右。

從早期的鉛酸電池，到豐田等日企主打的鎳氫電池，再到2008年特斯拉roaster使用的鋰離子電池，傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池已統(tǒng)治動力電池市場十年。未來，能量與安全需求與傳統(tǒng)鋰電技術(shù)的矛盾將越來越凸顯。

再從Fisker宣稱開發(fā)充電1分鐘行駛500公里的固態(tài)電池，到寶馬已與SolidPower進(jìn)行合作開發(fā)下一代電動車用固態(tài)電池，再到豐田又宣稱將在2025年前實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的實(shí)用化。作為下一代電池技術(shù)的代表，固態(tài)電池日益引發(fā)市場高度關(guān)注，引發(fā)全球范圍的企業(yè)進(jìn)行提前卡位。

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固態(tài)電池是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。固態(tài)面臨的挑戰(zhàn)主要包括降低成本，提高固體電解質(zhì)的安全性，以及在充電和放電時保持電極和電解質(zhì)之間的接觸。

與傳統(tǒng)鋰電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性。固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，避免了傳統(tǒng)鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現(xiàn)象，降低了電池組對于溫度的敏感性，根除安全隱患。

相比于傳統(tǒng)的鋰電池來講，由于固態(tài)電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)鋰離子電池中可能燃爆的有機(jī)電解液，這樣解決了高能量密度和高安全性能兩大難題，在相同能量下用固態(tài)電解質(zhì)取代電解液的電池，更薄且體積更小。

許多問題很難在鋰離子電池現(xiàn)有技術(shù)的參數(shù)范圍內(nèi)得到解決：(1)安全性和可靠性;(2)能量密度;(3)運(yùn)行環(huán)境溫度;(4)充電速度。固態(tài)電池作為下一代很有前途的技術(shù)，很有可能解決這些問題，而且其性能的提高也很明顯。

目前全固態(tài)電池尚處在研發(fā)早期，研發(fā)方向主要包括聚合物、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質(zhì)的典型技術(shù)開發(fā)方向。三大體系各有優(yōu)勢，其中聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，氧化物與硫化物屬于無機(jī)陶瓷電解質(zhì)。

其中，聚合物固態(tài)鋰金屬電池的開發(fā)主要以Bolloré、寧德時代和東北師大為代表;氧化物鋰金屬固態(tài)電池的開發(fā)主要以美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室，QuantumScape，Sakti3以及中科院等為代表;硫化物固態(tài)電池的開發(fā)主要以豐田、三星、本田以及寧德時代為代表，其中以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先。

對于全固態(tài)鋰電池來說，當(dāng)前階段最大的需求來自于汽車產(chǎn)業(yè)，隨著新能源汽車的鋪開提上日程，各大車企紛紛布局全固態(tài)鋰電池，期待3-5年后開始全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化生產(chǎn)。除此之外，消費(fèi)電子、智能家居和航天航空等領(lǐng)域也存在一定的全固態(tài)鋰電池需求。

全固態(tài)電池有望成為下一代商業(yè)化動力電池，募投項(xiàng)目中下一代電池研發(fā)方向包括氫燃料電池、鋰空氣電池和全固態(tài)電池，其中全固態(tài)電池最有望成為下一代商業(yè)化動力電池。

目前全球供應(yīng)商、材料企業(yè)、電池企業(yè)都在大力推進(jìn)固態(tài)電池的研發(fā)。

縱覽全球固態(tài)電池企業(yè)，有初創(chuàng)公司，也不乏國際廠商，企業(yè)之間獨(dú)踞山頭信仰不同的電解質(zhì)體系，未出現(xiàn)技術(shù)流動或融合的態(tài)勢。

歐美企業(yè)偏好氧化物與聚合物體系，而日韓企業(yè)則更多致力于解決硫化物體系的產(chǎn)業(yè)化難題，其中以豐田、三星等巨頭為代表。

固態(tài)電池領(lǐng)域的第一集團(tuán)軍，日本擁有固態(tài)電池專利916件，占比接近一半，領(lǐng)先優(yōu)勢明顯;美國和中國分別以398件和362件的專利數(shù)位居第二、第三。

在全固態(tài)電池專利方面，日本具有明顯的優(yōu)勢，豐田擁有固態(tài)電池專利252件，數(shù)量遠(yuǎn)超其他車企與電池企業(yè)。

豐田汽車2010年，推出硫化物固態(tài)電池;2014年，原型固態(tài)電池能量密度已達(dá)400Wh/kg;2018年，日本投資100億日元，豐田、本田、日產(chǎn)、松下，京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等參與研究，計(jì)劃2022年掌握全固態(tài)電池技術(shù);2019年，與松下合資，為550多萬輛電動汽車供電池，豐田51%股份。

固態(tài)鋰電池前20位專利申請人中，日本企業(yè)占11家，其中豐田申請量最多，達(dá)1709件，是第二位松下的2.2倍。排名前10均為日韓企業(yè)，其中日本8家，韓國2家。

日本的豐田汽車、本田研發(fā)、日產(chǎn)汽車和雅馬哈汽車甚至組織成立LIBTEC，計(jì)劃共同開發(fā)固態(tài)電池的基礎(chǔ)技術(shù)。LIBTEC固態(tài)電池的開發(fā)目標(biāo)包括：體積能量密度達(dá)600Wh/L，成本達(dá)600元/kWh，快速充電時間為10分鐘。

豐田汽車和松下的聯(lián)盟(豐田有近300名工程師參與研發(fā)固態(tài)電池)，該聯(lián)盟表示將在五年內(nèi)將固態(tài)電池商業(yè)化。豐田和NEDO所制定的全固態(tài)電池的商業(yè)化普及方案，首先使用現(xiàn)有LIB的正負(fù)極材料開發(fā)全固態(tài)電池(第一代電芯)。

之后再使用新的正負(fù)極材料以期進(jìn)一步提高能量密度(下一代電芯)，預(yù)計(jì)2022年豐田汽車生產(chǎn)固態(tài)電動汽車的樣車，2025年在部分車型中使用固態(tài)電池。2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用，能量密度可達(dá)500Wh/kg。

隨著固態(tài)電池技術(shù)方面取得新突破，固態(tài)電池的落地進(jìn)程將再進(jìn)一步。

從海外各家企業(yè)實(shí)驗(yàn)與中試產(chǎn)品來看，固態(tài)電池能量密度優(yōu)勢已開始凸顯，明顯超過現(xiàn)有鋰電水平。

在我國，固態(tài)鋰電的基礎(chǔ)研究起步較早，在“六五”和“七五”期間，中科院就將固態(tài)鋰電和快離子導(dǎo)體列為重點(diǎn)課題，此外，北京大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)天津18所等院所也立項(xiàng)進(jìn)行了固態(tài)鋰電電解質(zhì)的研究，并在此領(lǐng)域取得了不錯的進(jìn)展。

當(dāng)前國內(nèi)已有上市公司布局固態(tài)電池相關(guān)業(yè)務(wù)，對于下一代電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，已逐漸進(jìn)入二級市場視野。國內(nèi)在進(jìn)行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包括：寧德時代、贛鋒鋰業(yè)、珈偉股份、江蘇清陶能源、臺灣輝能、中航鋰電、比亞迪、萬向、威馬汽車等。

未來，隨著產(chǎn)業(yè)投入逐漸加大，產(chǎn)品性能提升的步伐也望加速。

回溯傳統(tǒng)鋰電成本曲線，14年時單位成本接近3元/Wh，而隨著產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，目前成本已降至1.2元Wh/kg左右。

固態(tài)電池作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，技術(shù)一旦突圍成功，行業(yè)成長曲線料將獲指數(shù)級增長，工業(yè)化大批量生產(chǎn)將使成本問題迎刃而解，傳統(tǒng)鋰電的降本邏輯有望得到復(fù)制。

展望發(fā)展趨勢，固態(tài)電池階段發(fā)展之路已經(jīng)明晰。結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)階段電池體系包含部分液態(tài)電解質(zhì)以取長補(bǔ)短。而技術(shù)發(fā)展過程中將逐漸減少液體的使用，從半固態(tài)電池到準(zhǔn)固態(tài)電池，最終邁向無液體的全固態(tài)電池。

應(yīng)用領(lǐng)域上，有望率先發(fā)揮安全與柔性優(yōu)勢，應(yīng)用于對成本敏感度較小的微電池領(lǐng)域，如RFID、植入式醫(yī)療設(shè)備、無線傳感器等;技術(shù)進(jìn)步后，再逐漸向高端消費(fèi)電池滲透;隨著產(chǎn)品的成熟，最終大規(guī)模踏入電動車與儲能市場，從高端品牌往下滲透，實(shí)現(xiàn)下游需求的全面爆發(fā)。

鋰電產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€可以看至少10年的行業(yè)，而新技術(shù)的開發(fā)與崛起也將不斷強(qiáng)化行業(yè)的估值與前景。

在行業(yè)看好與多方布局之下，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)有望獲得超速發(fā)展。固態(tài)電池承載著電池安全與能量全面提升的光榮使命，未來有望成為行業(yè)的新爆發(fā)點(diǎn)與關(guān)鍵性技術(shù)保障，政策在逐漸褪去，市場正回歸理性，當(dāng)新能源汽車回歸商品屬性時，還有技術(shù)在前方保駕護(hù)航。