導讀：許多整車企業(yè)早已開始自主研發(fā)、合作研發(fā)或通過投資入股初創(chuàng)企業(yè)等方式加快了對固態(tài)電池技術的研發(fā)速度。

（來源：微信公眾號“電池聯(lián)盟” ID：zgcbcu 作者：龍闕）

9月12日，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織宣布，將與日本化學品制造商Piotrek合作開發(fā)高能固態(tài)鋰電池，計劃在未來5年內面向全球市場推出，用于電子設備、無人機和電動汽車等領域。

澳聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織表示，該機構在固態(tài)電池研發(fā)中有“可逆加成斷裂鏈轉移”技術，能與日本Piotrek公司的“離子導電聚合物”技術結合，有望在此基礎上開發(fā)出“世界上最安全、壽命更長的高能固態(tài)電池”。

從目前技術進展來看，市面上售賣的純電動車主要采用的是鋰離子或鋰聚合物電池，絕大多數屬于液態(tài)或凝膠態(tài)電池，只是由于正極材料的不同，又分為了NCA、NCM等不同的電池種類。

相比于液態(tài)電池，全固態(tài)電池的優(yōu)勢比較明顯，尤其是在安全層面上，液態(tài)鋰電池由于過度快充時會產生“枝晶”，刺穿內部隔膜引發(fā)電池短路而起火爆炸的危險。而理論上，固態(tài)鋰電池則可避免此危險發(fā)生。

而在工作原理上，其固態(tài)的電解質具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量和能量密度。

一

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質的新型電池，與傳統(tǒng)電池相比具有能量高、安全性高等優(yōu)勢，是電解質采用固態(tài)材料的鋰二次電池，與傳統(tǒng)鋰離子電池的區(qū)別在于，它是以固態(tài)電解質替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液、電解質鹽、隔膜。

目前，固態(tài)電池主要有兩大優(yōu)勢，一是安全性高，二是能量密度高。

傳統(tǒng)鋰離子電池在過充或是內短路的情況下，容易導致電解液發(fā)熱，進而有自燃或爆炸的危險性。而固態(tài)電池由于是固態(tài)電解質，不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，安全性相比傳統(tǒng)鋰離子電池要高。此外，由于固態(tài)電池使用的是固態(tài)電解質，因此無需隔膜與電解液，可以節(jié)約近40%的體積和25%的質量。

除此之外，固態(tài)電池還包括循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、薄膜柔性化、回收方便、可快速充電、與電極材料相容性好，以及耐潮濕環(huán)境等優(yōu)勢。而相對應的，全固態(tài)電池的缺點只有成本高、產能低等自身屬性之外的因素。

固態(tài)電池由于在安全性、可靠性、能量密度、循環(huán)壽命等多方面性能優(yōu)勢明顯，被業(yè)內認為是較為理想的下一代電池技術體系。

根據《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》、《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》等文件表示，動力電池系統(tǒng)能量密度需要在2025-2030年達到350Wh/Kg，以滿足普通電動汽車的續(xù)航里程要求。固態(tài)電池作為最容易達到這一要求的技術路線，也受到行業(yè)重視。

此外，中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高曾表示，鋰離子電池具有成為動力電池主流技術的潛質和前景，但瓶頸是安全性。從改善電池本身安全性出發(fā)，要發(fā)展新型的固態(tài)電解質電池。中國電池產業(yè)國際競爭壓力巨大，需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術。

據了解，下一代固態(tài)鋰電池的能量可能是目前鋰電池的兩倍，在新能源汽車等領域應用前景廣闊。固態(tài)電池不像傳統(tǒng)電池那樣有易揮發(fā)和易燃的液體，在受到撞擊和損壞等情況下也不易燃燒。

二

澳聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織電池研究部門負責人亞當·貝斯特表示，有多家公司在爭相研發(fā)固態(tài)電池，預計2025年前市場上就會有使用固態(tài)電池的產品。

據了解，過去十年內固態(tài)電池領域專利數量增長已經超過了10倍。許多整車企業(yè)早已開始自主研發(fā)、合作研發(fā)或是通過投資入股初創(chuàng)企業(yè)等方式加快對固態(tài)電池技術的研發(fā)速度。

雖然全固態(tài)電池的產品優(yōu)勢頗多，但至今還沒有任何一家企業(yè)能將這項技術真正用于實踐，由此可見其研發(fā)環(huán)節(jié)的挑戰(zhàn)。而一個鮮明的例證就是，雖然全球范圍內開展固態(tài)電池研究的機構很多，但彼此之間的研發(fā)進展還存在著較大差異。

根據不完全統(tǒng)計，目前全球范圍內約有五十多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高?？蒲性核铝τ诠虘B(tài)電池技術。

國際上，固態(tài)電池發(fā)明專利方面，日本占據了全球范圍內的一半以上，豐田更是以26項專利占據單一機構中的首位。除此之外，在歐美地區(qū)，專攻這一領域的創(chuàng)業(yè)公司數量也開始逐漸增多。

2015年，戴森收購了一家專門開發(fā)全固態(tài)電池的公司Sakti3。Sakti3在氧化物固態(tài)電解質研發(fā)上處于領先地位。

2018年，戴森表示正在開發(fā)一種極具創(chuàng)新理念的電動汽車，量產車型將于2020年上市，其電動力系統(tǒng)將采用Sakti3研發(fā)的固態(tài)電池。

2017年，現代宣布研發(fā)固態(tài)電池技術。2018年7月，現代宣布投資Ionic Materials公司，進一步進行固態(tài)電池研發(fā)工作，預計將于2025年實現固態(tài)電池量產。

2018年7月，大眾向擁有超過200多項關于固態(tài)電池的技術專利QuantumScape投資約1億美元，旨在2025年前建立固態(tài)電池生產線。

2019年8月，美國新能源公司SF Motors旗下部門TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固態(tài)電池設計原型，且該電池的能量密度達到創(chuàng)紀錄的432Wh/kg，突破了高鎳三元的能量密度上限。

此外，豐田在固態(tài)電池領域擁有大量專利，約252件，占比13%，目前位列全球第一。

豐田是基于硫化物電解質、石墨類負極的鋰離子電池路線推進的固態(tài)電池產業(yè)化，實驗室產品能量密度達到400Wh/Kg，預計2022年推出搭載全固態(tài)電池的電動車型，2025年實現量產。

寶馬除了自建電芯研發(fā)中心，研發(fā)固態(tài)電池技術外，還于Solid Power在固態(tài)電池方面達成深度合作，有望于2026年實現固態(tài)電池量產。

三

在國內，由寧德時代引領的企業(yè)，對全固態(tài)電池深入研究多年，但發(fā)展路徑卻存在差異。

寧德時代主要以硫化物電解質為研發(fā)方向。目前，容量為325mAh，能量密度為300Wh/kg的聚合物鋰金屬固態(tài)電池300周循環(huán)以上剩余82％，由此可見，距離真正投入商業(yè)化尚有一定的差距。

如果按照地區(qū)劃分，固態(tài)電池的海外發(fā)展主要集中在美國Sakit3、日本豐田、法國Bollore。

據了解，日本采取以豐田為龍頭的多家機構聯(lián)合的方式研發(fā)全固態(tài)鋰電池，是全球范圍內規(guī)模最大的聯(lián)合機構，預計總投資100億日元。

此機構包括豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關技術。

與日本不同的是，歐美企業(yè)主要采取自主研發(fā)。

2011年10月，法國Bollore開始利用自主開發(fā)的電動汽車“Bluecar”與電動巴士“Bluebus”，在法國巴黎及其郊外提供汽車共享服務“Autolib”，已累計投入了3000輛BatScap制造的固態(tài)電池30kWh。

美國Sakti3致力于電池技術的研究已有20年，且擁有70余項專利。2015年10月，被真空吸塵器創(chuàng)新者戴森以9000萬美金的價格全資收購，以解決應用在其產品中的可充電鋰離子電池續(xù)航時間不夠長、安全性有限的問題。

Sakti3目前存在的最大問題是其采用薄膜沉淀工藝的制造技術，使得成本居高不下，且在未來降低成本的可能性也不算太大。因此在現階段，其產品只能應用于小型家電之中。

特斯拉CEO馬斯克曾表示，固態(tài)電池技術有一定前景，但距離技術成熟還需要時間，目前也不足以改變特斯拉的戰(zhàn)略。

根據大部分企業(yè)的規(guī)劃，固態(tài)電池技術真正成熟可能需要等到2025年前后，真正具備量產能力可能需要等到2030年前后。

固態(tài)電池規(guī)模化生產需要考慮生產技術、生產設備、生產環(huán)境等多方面因素，相比傳統(tǒng)鋰電池對生產設備的精度有著更高的要求，還需要高度干燥的生產環(huán)境。

此外，想要進行商用化量產，固態(tài)電池除了本身性能需要一定的驗證周期外，和主機廠的車輛產品匹配也需要進行驗證。

從整體來看，固態(tài)電池現在的制備技術成熟度還有待加強，能形成規(guī)模產能的企業(yè)有限，技術規(guī)?；瘮U產需要克服的困難還有很多。

原標題:多家企業(yè)機構發(fā)力，固態(tài)電池商業(yè)化還需多久？