三星、寧德時(shí)代等都在尋求固態(tài)電池新突破 誰已悄悄領(lǐng)先？

眾所周知，聚合物固態(tài)電解質(zhì)將率先實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但存在高成本和低電導(dǎo)率兩個(gè)致命問題。

新能源汽車漸成趨勢，動(dòng)力電池的進(jìn)展也吸引著越來越多的關(guān)注。日前，包括大眾、三星、寶馬、寧德時(shí)代在內(nèi)的巨頭都在尋求固態(tài)電池領(lǐng)域的突破。

相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)電池能提供更好的續(xù)航能力和安全性，但目前而言，固態(tài)電池迫于技術(shù)和成本的雙重制約，距離產(chǎn)業(yè)化仍然需要很長時(shí)間。

光大證券認(rèn)為，固態(tài)電池有望成為下一代高性能鋰電池。目前中國大部分的汽車廠商和新能源廠商也在參與固態(tài)電池的研發(fā)。

固態(tài)電池的不同技術(shù)路徑

2019年12月，工信部發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見稿)，在“實(shí)施電池技術(shù)突破行動(dòng)”中，加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”。這意味著固態(tài)電池有望上升至國家戰(zhàn)略層面。

固態(tài)電池是以固體材料來代替現(xiàn)有鋰離子電池中使用的液體成分，固態(tài)電解質(zhì)的厚度僅3~4微米，非常輕薄，不僅減小了體積，也降低了重量。

固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展采用逐步顛覆策略，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池是最終形態(tài)。依據(jù)電解質(zhì)分類，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)四大類，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。

不過，固態(tài)電池的技術(shù)路線目前仍有很大分歧。

固體電解質(zhì)可大致分為三類：無機(jī)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)、復(fù)合電解質(zhì)。目前業(yè)內(nèi)比較看好的材料包括固態(tài)聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等。

目前主流的聚合物固態(tài)電解質(zhì)是聚環(huán)氧乙烷(PEO)電解質(zhì)及其衍生材料。相比之下，氧化物固態(tài)電解質(zhì)綜合性能好，進(jìn)展最快。硫化物固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率最高，研究難度最大，開發(fā)潛力最大，但如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。高能聚合物體系仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，LiPON薄膜型全固態(tài)電池已小批量生產(chǎn)，非薄膜型已嘗試打開消費(fèi)電子市場。

近年來多家中國企業(yè)建立氧化物固態(tài)電池生產(chǎn)線。

蘇州清陶新能源在江蘇昆山建成投產(chǎn)的固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線，單體能量密度達(dá)400Wh/kg以上，擬于2020年進(jìn)入動(dòng)力電池應(yīng)用領(lǐng)域。

輝能科技與南都電源合作建立的國內(nèi)首條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產(chǎn)線也將于2020年建成，公司今年4月剛完成D輪融資，用于加速固態(tài)電池商業(yè)化落地和工廠建設(shè)，輝能在氧化物固態(tài)電池方面取得了一定的成果。

日韓和歐洲企業(yè)則投入了大量資金進(jìn)行硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研究。

2020年日本豐田計(jì)劃推出搭載硫化物固態(tài)電池的新能源汽車，計(jì)劃于2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。十幾年前豐田已開展固態(tài)電池研發(fā)工作，不僅獲得了固態(tài)電解質(zhì)材料、固態(tài)電池的制造技術(shù)等方面的專利，還研發(fā)了一整套的正極材料和硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料回收的技術(shù)路線和回收工序。三星和寶馬也都在研發(fā)硫化物固態(tài)電池的技術(shù)。中國的寧德時(shí)代(300750.SZ)也在這一方向上發(fā)力。

全固態(tài)電池商業(yè)化還要5~10年

今年3月初，三星高等研究院(SAIT)與三星日本研究中心(SRJ)在《自然-能源》介紹了其在固態(tài)電池領(lǐng)域的最新進(jìn)展，稱已經(jīng)開發(fā)出一種高性能全固態(tài)電池。這種電池的循環(huán)壽命超過1000次，可以讓電動(dòng)汽車在單次充電的情況下行駛800公里。

豐田也在聯(lián)手松下開發(fā)固態(tài)電池領(lǐng)域技術(shù);寶馬于2017年開始牽手Soild Power開發(fā)固態(tài)電池，福特和三星也于去年投資了Solid Power;大眾也表示將在歐洲建廠生產(chǎn)固態(tài)電池，有望在2024~2025年間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

另一家瞄準(zhǔn)動(dòng)力電池市場的是戴森。戴森創(chuàng)始人詹姆斯·戴森表示，向其他車企出售固態(tài)電池是一個(gè)進(jìn)入汽車行業(yè)的選項(xiàng)。

光大證券稱，固態(tài)電池領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入“軍備競賽”階段，各企業(yè)期望搶占先機(jī)以贏得市場份額。固態(tài)電池領(lǐng)域市場參與者眾多，車企、電池企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)等在資本、技術(shù)、人才三方面進(jìn)行博弈。隨著越來越多的企業(yè)加入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷加速，按照目前的發(fā)展情況，2021~2025年固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。

不過全固態(tài)電池的商業(yè)化還需要很長時(shí)間。去年底，寧德時(shí)代一位電池開發(fā)負(fù)責(zé)人曾表示，全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)商品化要到2030年以后。