編前：在“雙碳”目標(biāo)背景下，全球汽車業(yè)紛紛涌入新能源賽道，而固態(tài)電池正在成為這一賽道上的重要選手。
數(shù)據(jù)顯示，今年前10個月，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷分別完成256.6萬輛和254.2萬輛，同比均增長1.8倍。同期，國內(nèi)動力電池裝車量累計107.5吉瓦時（GWh），同比上升168.1％。
隨著新能源汽車及動力電池市場的增長，性能與安全性更好的固態(tài)電池成為車企爭先布局的新技術(shù)?！皻W美日韓都在加大固態(tài)動力電池的布局，均已制定了國家戰(zhàn)略，加大政府和民間的投入，并且組建跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，意在新一代動力電池領(lǐng)域搶占制高點。”中國電動汽車百人會副理事長董揚表示，歐美日韓加大固態(tài)動力電池的研究，絕不是因為液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池技術(shù)不能滿足新能源汽車發(fā)展要求，而是因為我國已占得部分先機，他們希望在新一代電池領(lǐng)域挽回劣勢。我國動力電池發(fā)展現(xiàn)狀究竟如何？詳見10～11版。
歐美日韓搶先布局 政府大手筆扶持
固態(tài)電池的全球競爭中，歐美日韓從企業(yè)到政府都在大力支持固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)布局。
11月22日，荷蘭3D固態(tài)電池初創(chuàng)公司LionVolt宣布完成400萬歐元（約合人民幣2874萬元）的種子輪融資。至此，該公司今年的總?cè)谫Y額已超500萬歐元（約合人民幣3592萬元）。
對于固態(tài)電池布局，歐美及日韓企業(yè)日益重視?！叭缃竦膭恿﹄姵仡I(lǐng)域，市場競爭更多體現(xiàn)為技術(shù)競爭，固態(tài)電池也是如此。今天的布局，就是為了搶占明天的市場份額。”長三角研究院新能源應(yīng)用技術(shù)研究中心研究員梁筱磊向《中國汽車報》記者介紹，歐美日韓相關(guān)企業(yè)都在緊鑼密鼓進行布局。
在歐洲企業(yè)中，寶馬近來深化與美國固態(tài)電池公司SolidPower的合作，再投1.3億美元（約合人民幣8.3億元）用于固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)，并計劃于2022年裝車測試，2025年前推出固態(tài)電池原型車，2030年前用于量產(chǎn)車。大眾集團也正與美國固態(tài)電池公司量子科技（Quantum Scape）密切合作，先后投資3億美元（約合人民幣19億元），計劃2025年量產(chǎn)固態(tài)電池。戴姆勒與加拿大魁北克水電公司合作開發(fā)固態(tài)電池，并在德國開始建設(shè)歐洲最大規(guī)模動力電池工廠。
美國車企中，福特也投資了美國固態(tài)電池公司Solid Power，希望獲得穩(wěn)定的固態(tài)電池供應(yīng)。通用汽車的固態(tài)電池研發(fā)項目，獲得了美國能源部910萬美元（約合人民幣5815萬元）撥款。
在日韓企業(yè)中，豐田已經(jīng)在實驗室制成續(xù)駛里程超過1000公里、15分鐘可充滿的固態(tài)電池，且正在概念車上測試。豐田還與松下合資成立固態(tài)電池公司，其計劃在2025年量產(chǎn)搭載固態(tài)電池的電動汽車。韓國現(xiàn)代已先后向美國全固態(tài)電池企業(yè)Solid Power和Solid Energy System（SES）投資；而韓國電池供應(yīng)商SKI近日也向Solid Power投資3000萬美元（約合人民幣1.9億元），獲得了Solid Power的固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)及生產(chǎn)工藝的使用權(quán)。
不僅是企業(yè)，政府及地區(qū)組織也對固態(tài)電池給予了大力支持?！皣庹?、機構(gòu)對固態(tài)電池也是高度重視?！蔽鞅惫I(yè)大學(xué)新能源應(yīng)用技術(shù)研究中心研究員于冬生向《中國汽車報》記者談到，在歐洲，德國政府投資10億歐元（約合人民幣72億元）支持固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)，并支持建立動力電池研發(fā)聯(lián)盟，聚焦固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)。目前，包括德國瓦爾塔邁科電池公司、巴斯夫、福特德國公司、大眾汽車集團等都自愿加入這一聯(lián)盟。歐盟還批準(zhǔn)了歐洲固態(tài)電池投資專項計劃，由歐盟多國共同出資32億歐元（約合人民幣230億元），同時從私人投資商中籌集50億歐元（約合人民幣360億元），用于發(fā)展固態(tài)電池。
美國能源部今年10月宣布為26個實驗室項目提供2.09億美元（約合人民幣13億元）的資金，開發(fā)固態(tài)電池及快充技術(shù)。日本政府計劃為固態(tài)電池提供數(shù)千億日元規(guī)模的研發(fā)補助資金。韓國政府決定將在未來5年投資300億韓元（約合人民幣1.6億元）用于支持開發(fā)全固態(tài)電池。
國家層面的重視，是技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的助推器?！氨M管目前對于下一代電池的認識并不統(tǒng)一，但歐美認為，固態(tài)電池就是鋰離子電池的終極形態(tài)，因此出爐了多項固態(tài)電池發(fā)展規(guī)劃?！鄙钲谙冗M技術(shù)研究院新能源創(chuàng)新技術(shù)中心研究員胡豐林向《中國汽車報》記者表示，繼歐盟推出《電池2030規(guī)劃》及《2030電池創(chuàng)新路線圖》后，近來芬蘭也發(fā)布了《2025年國家電池戰(zhàn)略》。今年6月，美國發(fā)布《美國鋰電池2021-2030年國家藍圖》，對固態(tài)電池發(fā)展作出部署。
日本的下一代電池規(guī)劃中，將固態(tài)電池與氫燃料電池作為扭轉(zhuǎn)當(dāng)前日系動力電池市場份額落后的抓手。韓國制定了《“K電池”國家戰(zhàn)略》，明確了發(fā)展固態(tài)電池的重要價值。“這些來自政策、資金等方面的支持，都表明了各國對于發(fā)展固態(tài)電池競爭的高度重視?！焙S林認為。
國內(nèi)企業(yè)緊追不舍 技術(shù)路線有差異
在國內(nèi)，多家電池及相關(guān)企業(yè)也在攻關(guān)固態(tài)電池。董揚指出，我國目前固態(tài)動力電池研究并不落后，在世界科學(xué)期刊發(fā)表文章數(shù)已居世界第一。當(dāng)前，需要加強政府支持和指導(dǎo)、產(chǎn)學(xué)研合作、上下游合作和市場化產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。
近日，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的一系列動作，引發(fā)業(yè)界高度關(guān)注。“國軒高科為國內(nèi)某高端純電動車配套半固態(tài)電池實現(xiàn)超1000公里的續(xù)駛里程，比第一代車型提高了1倍?！?1月20日，國軒高科董事長李縝的公開表態(tài)引發(fā)廣泛熱議。
巧合的是，此前，蔚來汽車掌門人李斌在介紹蔚來新款轎車ET7時也表示，ET7搭載的是能量密度達360Wh/kg的150kWh半固態(tài)電池，續(xù)駛里程將超過1000公里。由雙方發(fā)言要素的契合度，業(yè)內(nèi)推測，為ET7供應(yīng)半固態(tài)電池的或正是國軒高科。
而國軒高科正在積極籌備2022年為ET7配套量產(chǎn)半固態(tài)電池，在一定程度上也得到了證實?！澳壳?，半固態(tài)電池是在技術(shù)、工藝方面比較成熟的前提下可以快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方案。國軒高科原定2025年將半固態(tài)電池投放市場，但根據(jù)目前的進度判斷，肯定會提前?！眹幐呖乒ぱ锌傇撼?wù)副院長徐興無告訴記者。
值得注意的是，2020年5月，大眾汽車（中國）投資有限公司宣布投資約11億歐元（約合人民幣79億元），獲得國軒高科26.47％股份并成為大股東。但是，大眾入股國軒高科后，對國軒高科的三元鋰電池似乎并不感興趣，多次透露出推動國軒高科盡快提高磷酸鐵鋰電池能量密度并加速固態(tài)電池的研發(fā)?！拔覀兊呐?，決定著大眾的資金是否能到位，所以，只有加速研發(fā)?！毙炫d無向記者表示。
事實上，此前，蔚來ET7的電池供貨商一直被疑為另一家電池企業(yè)清陶能源?！扒逄諏l(fā)布的最新款固態(tài)電池，續(xù)駛里程可達1000公里，同時支持快充模式，充電15分鐘可實現(xiàn)續(xù)駛600公里。”清陶能源董事長馮玉川如是介紹，該產(chǎn)品電池單體實測能量密度為368Wh/kg。
對于清陶能源固態(tài)電池，業(yè)內(nèi)也有推測?！斑@應(yīng)該也是半固態(tài)電池，因為全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化有一系列技術(shù)難題全球都沒有解決?！币晃徊辉竿嘎缎彰臉I(yè)內(nèi)專家告訴記者，從能量密度和續(xù)駛里程指標(biāo)上看，清陶能源固態(tài)電池與國軒高科的半固態(tài)電池十分接近。
在國內(nèi)企業(yè)中，蜂巢能源、衛(wèi)藍新能源等電池企業(yè)都在開發(fā)半固態(tài)電池，蜂巢能源已經(jīng)發(fā)布的“果凍電池”，是一種半固態(tài)電池。而且，有鑒于目前動力電池市場需求增長迅速和全固態(tài)電池難以一時產(chǎn)業(yè)化等因素，國內(nèi)多家動力電池企業(yè)都開始轉(zhuǎn)向能更快實現(xiàn)量產(chǎn)的半固態(tài)電池?！拔覀円逊艞壢虘B(tài)電池技術(shù)研發(fā)，選擇固液混合的半固態(tài)電池路線。”電池企業(yè)SES掌門人胡啟朝所言，代表了部分情況類似的企業(yè)的現(xiàn)實選擇。
目前，國內(nèi)的動力電池企業(yè)結(jié)合自身及市場實際，都有著自己的選擇?！皬钠髽I(yè)層面看，國內(nèi)主要有三種選擇?！鄙虾４髮W(xué)新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究中心研究員羅向群在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，一種是走半固態(tài)電池路線者，如浙江鋒鋰、衛(wèi)藍新能源等；另一種是選擇全固態(tài)電池路線，如比亞迪已公布了固態(tài)電池相關(guān)產(chǎn)品計劃，天際汽車與輝能科技簽約固態(tài)電池供應(yīng)合同等；三是選擇“兩條腿走路”，兼而有之者，如國軒高科、蜂巢能源等。
中外企業(yè)相較，在技術(shù)路線選擇上有所不同?！澳壳皻W美日韓大多數(shù)企業(yè)的研發(fā)目標(biāo)依然是全固態(tài)電池，而國內(nèi)部分企業(yè)選擇半固態(tài)電池，更注重眼前的市場應(yīng)用，也是為了適應(yīng)國內(nèi)車企的需求?！闭憬髮W(xué)新能源協(xié)同創(chuàng)新中心研究員林弘昌向《中國汽車報》記者談到，這是出于不同的市場環(huán)境所作出的選擇。
半固態(tài)電池或是突破口 3～5年后有望產(chǎn)業(yè)化
近年來，在全球動力電池市場競爭中，中國企業(yè)累計所占市場份額名列前茅?！肮虘B(tài)電池可以做到既達到能量密度高，又具備重量很輕、很薄、體積小、柔性化的特點。”華東汽車新材料技術(shù)研究院研究員林澍文向《中國汽車報》記者談到，理論上，固態(tài)電池正負極之間的距離可以縮短到幾微米，由此，即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下后也是可以彎曲并有柔性的，可以用在更多的電子產(chǎn)品上。他表示，從材料角度看，如果把2010年日產(chǎn)聆風(fēng)應(yīng)用的錳酸鋰電池看作是第一代動力電池，目前的三元鋰電池和磷酸鐵鋰等電池可以算作是第二代動力電池，續(xù)駛里程比第一代增加了1倍多。未來最優(yōu)選的下一代動力電池，更多人認為是全固態(tài)電池。
但是，在技術(shù)路線上，中外企業(yè)仍有所不同?！澳壳?，在固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)中，中外企業(yè)都有各自的技術(shù)路線?！绷后憷诒硎?，雖然目前還沒有國際通用的分類方式，但一般是按照固態(tài)電池電解質(zhì)的不同，劃分為三大技術(shù)路線，即聚合物、硫化物和氧化物，且各有短長。一是聚合物固態(tài)電池，其聚合物雖有較好的高溫電導(dǎo)率，而在常溫下其電導(dǎo)率不高；二是硫化物固態(tài)電池，硫化物電解質(zhì)的綜合性能較好，有比傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)更高的離子電導(dǎo)率，但卻極易與空氣中的水、氧氣等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生碳化氫等有毒氣體；三是氧化物固態(tài)電池，目前氧化物電解質(zhì)依然不夠穩(wěn)定，但成本較低?！耙虼?，還有許多難題有待破解，而且國內(nèi)外企業(yè)也有各自不同的路線選擇?！绷后憷谡劦?，日韓企業(yè)多采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線；中國企業(yè)多以氧化物路線為主；歐美企業(yè)選擇則呈多樣化，如Solid Power主要走硫化物路線，Quantum Scape則選擇了氧化物路線。
而在固態(tài)電池的材料、構(gòu)造、加工等方面，依然存在技術(shù)難題?！叭虘B(tài)電池預(yù)計最快也要3到5年后才能走向產(chǎn)業(yè)化。”于冬生表示，目前的固態(tài)電池難題，一是存在固-固界面接觸時，內(nèi)阻較大，循環(huán)性能、倍率性能差等問題；二是加工工藝難度大，如硫化物固態(tài)電解質(zhì)對生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，需要隔絕水和氧氣，同時涉及薄膜沉積等與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池完全不同的生產(chǎn)工藝，大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)尚未解決；三是生產(chǎn)成本高，固態(tài)電池生產(chǎn)制造成本占比超50％，而目前的液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)成本僅為20％～30％。
“吃著碗里看著鍋里” 加快布局產(chǎn)業(yè)鏈
目前，全球業(yè)界的主流見解是將固態(tài)電池視為下一代電池主要技術(shù)之一，其自身的優(yōu)勢可以解決當(dāng)前鋰電行業(yè)安全和能量密度等問題。董揚指出：“我們要在鞏固鋰離子電池優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，‘吃著碗里看著鍋里’，給予固態(tài)電池研發(fā)足夠的重視?！?/p>
在國內(nèi)電池相關(guān)企業(yè)中，有多家企業(yè)公布了固態(tài)電池研發(fā)進度或量產(chǎn)時間表。得到一汽、蔚來、愛馳等車企支持的電池企業(yè)輝能科技，預(yù)計將在2023年進行試產(chǎn)，2024年量產(chǎn)固態(tài)電池。而且，輝能科技的原型固態(tài)電池樣品的能量密度達到383Wh/kg，而且還有進一步提升空間，整體性能會優(yōu)于半固態(tài)電池。
與此同時，清陶能源總投資55億元的宜春固態(tài)動力鋰電池項目一期工程，規(guī)劃固態(tài)電池產(chǎn)能10GWh，其中一期產(chǎn)能1GWh，二期產(chǎn)能9GWh。衛(wèi)藍新能源的1GWh固態(tài)電池產(chǎn)線即將建成，計劃2026年后將形成產(chǎn)能20GWh。贛鋒鋰電與東風(fēng)公司合作，第一代半固態(tài)電池產(chǎn)品能量密度達280Wh/kg，第二代固態(tài)電池基于高鎳三元正極、含金屬鋰負極材料，能量密度超過350Wh/kg。
這輪投資、擴產(chǎn)為固態(tài)電池量產(chǎn)“上車”奠定了基礎(chǔ)。“從目前的動力電池技術(shù)看，固態(tài)電池具有良好的發(fā)展前景，這也是吸引眾多企業(yè)紛紛新建或擴充產(chǎn)能的原因。”胡豐林表示，固態(tài)電池一旦進入大規(guī)模量產(chǎn)，其成本可以降至目前鋰離子電池的40％左右。
近年來，國內(nèi)對固態(tài)電池的政策支持力度也在不斷加大。2020年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》中，明確要求“加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”。據(jù)預(yù)測，2020～2030年我國固態(tài)電池出貨量將高速增長，至2030年或?qū)⑼黄?50GWh。到2030年，我國固態(tài)電池市場空間或?qū)⑦_到200億元，較2020年實現(xiàn)百倍增長。
英國專業(yè)電池研究機構(gòu)法拉第研究所預(yù)測，到2030年，在交通運輸領(lǐng)域內(nèi)，固態(tài)電池的應(yīng)用占比將達到5％；到2040年，其份額將穩(wěn)步上升至30％。法拉第研究所還表示，當(dāng)前行業(yè)對固態(tài)電池的研發(fā)是長期的，或與高風(fēng)險相伴，但也有可能獲得高回報。
道路曲折，前途光明，似乎是所有科學(xué)技術(shù)進步的規(guī)律?！皩τ谥袊髽I(yè)而言，或許起步相對較晚，但技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵是事在人為，固態(tài)電池亦是如此?！绷趾氩J為。本報記者 趙建國《中國汽車報》（2021-11-29 010-011版）
