固態電池升溫 整車廠能否扳回一局

5月10日，福特與寶馬錶示，雙方正聯合一家風投公司共同投資固態電池新創公司Solid Power，金額爲1.3億美元（約合人民幣8.4億元）。近期，本田、現代等車企也在大力投資開發固態電池，加速推動固態電池走向商業化。

來自企業方面的行動，匯聚成一股新的潮流。“這表明，電動汽車市場對性能更強、更安全的動力電池需求的激增，給固態電池技術突破帶來了更強勁的驅動力，車企作爲需求者和受益者，必然是固態電池商業化提速的主要推動者之一。”北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯對《中國汽車報》記者表示。

固態電池熱度驟增

近兩年來，在政策推動下，智能電動汽車進入快速發展期，而全球屢次發生的電動汽車自燃事件，使業界對目前電動汽車廣泛使用的三元鋰電池提出了質疑，正因如此，安全性更好，續駛里程更長的固態電池技術正在成爲國內外企業技術競爭的新高地。

4月9日，贛鋒鋰業宣佈將投資22億元，建設包括高比能固態電池超薄鋰負極材料在內的項目；4月14日，蜂巢能源與中國科學院寧波材料技術與工程研究所共建的固態電池技術研究中心正式成立；4月22日，現代汽車宣佈固態電池開發計劃，並宣稱將在2030年大規模生產固態電池汽車；4月23日，本田公司透露正獨立展開全固態電池研究，今年內將開始生產技術驗證；豐田也計劃在2021年東京奧運會上推出搭載固態電池的純電動示範車。

而在此次福特與寶馬的合作之前，福特曾參與Solid Power在2018年的A輪投資並出資2600萬美元（約合人民幣1.7億元），當時現代汽車與三星電子也參與其中。寶馬集團早在2017年就與Solid Power合作開發固態電池。2020年10月，Solid Power宣佈生產和交付第一代全固態電池（ASSB），能量密度達到每千克320瓦時。此輪融資之後，Solid Power將加快推動其固態電池產品的量產落地。

之所以越來越多的企業盯上固態電池，更多是企業出於自身發展，追求更安全、性能更好的電池的需要。“固態電池電化學穩定性、熱穩定性都比較好，所以其安全性等指標，相比液態電池更有優勢，這是企業看重的原因，但問題是目前還沒有在市場上看到進一步的應用。”中國汽車動力電池產業創新聯盟副秘書長馬小利表示。

事實上，固態電池作爲下一代動力電池技術的制高點，吸引着衆多企業佈局。包括大衆、現代、寶馬、豐田、通用等國際車企，蔚來、寧德時代、蜂巢、輝能、贛鋒鋰業、清陶、衛藍等國內企業，也在加快推進固態電池的研發及商業化。

其中，大衆投資入股的固態電池企業Quantum Scape於去年在紐交所上市。其固態電池體積能量密度超過1千瓦時/千克，並支持15分鐘充滿80％電量。此外，現代汽車正在與三星SDI、SKI和LG新能源在內的電池企業進行合作，以推進固態電池的開發和量產；通用汽車與麻省固能（SES）達成合作，計劃在2023年之前推出原型固態電池。

彷彿一夜之間，固態電池成爲2021年動力電池領域最熱的“網紅”。“這是因爲，目前液態三元鋰電池產品工藝已達到極限，且安全隱患是液態電池自身難以解決的問題，所以，加速固態電池的商業化落地，成爲汽車企業、動力電池企業及研發機構共同致力的目標。”清華大學材料學院教授南策文認爲。

車企爭取主動權

據瞭解，有的車企已經急不可待開始推出產品。

今年1月，國內造車新勢力蔚來汽車推出了150千瓦時固態電池包，能量密度達360瓦時/千克。雖然蔚來汽車表示，這是半固態電池，但已經提升了安全係數和續駛里程，並定於2022年四季度批量交付。

同時，比亞迪等企業也公佈了固態電池相關產品計劃。比亞迪採用鋰氧化物作爲全固態電池的電解質，這類電解質本身的電導率極低，但比亞迪通過自主開發的專利技術，提高了鋰氧化物的電導率和力學強度，使得固態電池具有更加優異的電池循環性能和高倍率充放電性能。

此外，豐田也表示，將成爲第一家銷售配備固態電池電動汽車的製造商，承諾一次充電可實現續駛500公里，充電時間大大縮短，該公司還表示，將在2021年實現原型車測試，但目前該車沒有進入市場的明確時間。

“應該說，是多方面的壓力倒逼車企主動研發及佈局固態電池先進技術。”山東省電池工業協會顧問謝瑜忠向《中國汽車報》記者表示，一是全球屢屢出現的三元鋰電池燃燒事故，使現有的三元鋰電池安全性存疑，而固態電池或能有效解決這一問題；二是車企更清楚自己主動做固態電池，可以積累技術研發力量與電池製造經驗，有利於節約研發時間與採購成本，而不必等待和依賴電池企業；三是車企如果掌握了較爲成熟的技術和工藝，固態電池很有可能成爲車企新的盈利增長點，正如手機企業跨界造車一樣，都是在轉型中尋找新的利潤增長點。

眼下，隨着新能源汽車的不斷髮展，車企對於動力電池的要求越來越高，無論是安全性、續駛里程、能量密度等方面，鋰電池已經不太適應電動化時代的要求。而且，電芯企業壓力更大。“作爲‘三電’重要的組成部分之一，固態電池將催生電動汽車產業出現革命性變化。”其魯認爲，由於固態電池特有的性能，將來如果形成產品，可以很容易使純電動汽車續駛里程突破1000公里。

此外，電動汽車的“三電”也要實現智能化、域控制化，要與整車的軟件系統、控制系統實現高度融合，只有車企有更好的基礎和條件來實現這一融合。所以，車企主動擁抱固態電池，內在的邏輯並不難理解。

理論上看，一旦固態電池技術成熟，能夠實現規模化生產，成本有望迅速降低。華東新材料技術研究院研究員林澍文向《中國汽車報》記者談到，目前越來越多的車企自研或與研究機構合作開發固態電池技術，表明車企不僅希望把智能化、電動化、數字化更好地結合起來，而且在商業模式上有所探索、有所創新，從而加速推動固態電池商業化的落地。與電池企業只賣產品不同，車企還會更多地考慮固態電池在售後服務體系中的定位。

研究機構預測，2028至2035年，採用固態電池的電動汽車將增長37倍，而固態電池的成本將下降至每千瓦時40美元（約合人民幣258元），甚至低於液態電池。技術突破與成本下降即意味着爲固態電池商業化掃清了障礙。業界認爲，衆多車企主動出擊，無非是想在固態電池領域搶佔先機，推動固態電池早日實現商業化。

技術瓶頸多　量產還需5～10年

數據顯示，在電動汽車自燃事故中，充電過程中自燃的佔29％，靜置和行駛中自燃的佔39％，而涉水、碰撞、擠壓等因素造成自燃的佔比不到20％。“近年來的電動汽車電池自燃事故，大多與三元鋰電池有關。這與其自身燃點低的特性相關，除非有革命性的技術突破，目前這類事故無法完全避免。而伴隨着三元鋰電池能量密度的提高，安全問題愈發凸顯。”中國電池工業協會專職副理事長王敬忠向記者表示，固態電池技術或許是電動汽車兩全其美的“最佳搭檔”。

其實，從安全性、能量密度等方面來看，固態電池已經成爲業界公認的發展方向。但是，除了成本較高之外，固態電池走向商業化的核心技術難點在於技術難關。“當前，固態電池可根據電解質的不同細分爲四大技術路線，即聚合物、薄膜、硫化物和氧化物。”其魯介紹，其中，日韓企業多采用硫化物固態電解質技術路線，中國企業多以氧化物路線爲主，歐美企業發展則較爲均衡，如寶馬福特押注的Solid Power，主要研發基於硫化物的全固體電池，Quantum Scape固態電池走的是氧化物路線。不過，無論採用哪種電解質材料，想要實現量產，都存在巨大的挑戰。

挑戰在於核心技術尚未突破。“薄膜固態電池和氧化物固態電池難以開發大容量動力電池或儲能電池；聚合物固態電池受限於現有PEO（聚氧化乙烯）材料體系，無法在室溫下工作且難以兼容高電壓正極；硫化物固態電池則面臨電解質對空氣敏感、製造條件苛刻、原材料昂貴、規模化生產技術不成熟等問題。”在林澍文看來，受當前技術水平的限制，距離真正的全固態電池規模化量產預計還需要5至10年時間。而目前，從液態到全固態，中間還有一個固液混合的半固態電池過渡階段。

據介紹，走聚合物路線的主要有以寧德時代、Solid Power等爲代表的企業。目前雖然技術趨於成熟，但技術瓶頸是性能上限較低，高溫條件下才具備高離子電導率，室溫條件下離子電導率極低。這些條件限制了聚合物固態電池的能量密度上限很難超過300瓦時/千克。

QuantumScape、TDK等企業走的是無機氧化物電解質路線，無機氧化物電解質對比上述聚合物電解質，在室溫下擁有更高的離子電導率，但界面阻抗也更高。其一，薄膜型固態電池的優點突出，但量產需要串聯大量薄膜電池來實現，這會使得固態電池的生產工藝難度增加，造價直線飆升；其二，對比之下，非薄膜型固態電池的實用性能要高得多，輝能科技、清陶能源也選擇了這條路線。

寧德時代、三星、松下等電池企業選擇的是無機硫化物電解質固態電池路線，這是開發難度最大、性能潛力也最大的一條路線。開發難度大主要由於該電解質材料還處於研發的早期階段，電池產品對環境十分敏感，也存在安全問題。其內部的硫化物電解質對空氣敏感，容易氧化，遇水易產生硫化氫等有害氣體。

此外，目前高昂的成本也是制約全固態電池商業化的一大障礙。“未來隨着固態電池技術的突破，以及產量的擴大，固態電池的成本也將大幅下降。”其魯表示，2010年，鋰離子電池每千瓦時的成本超過了1000美元，但如今已經下降近10倍。從目前的情況看，固態電池技術研發，成本的下降是必然趨勢。

2030年市場規模或超3000億元

技術革新從來都不會一蹴而就。“固態電池全面商業化，將給行業帶來一系列影響和變革，也將對現有的動力電池材料、生產工藝等方面形成不小的衝擊。”其魯表示，全固態電池的正負極及活性材料可以在很大程度上保持原有材料體系，但電解液和隔膜將被完全取代。

目前，固態電池領域已經進入“軍備競賽”階段，相關企業都希望搶佔先機，以贏得市場份額。車企、電池企業、投資機構、科研機構等在資本、技術、人才等方面進行博弈。“隨着越來越多的企業涌入，固態電池產業化進程不斷提速，商業化落地也會加快，按照目前的發展情況，2021年至2025年固態電池將有望實現初步應用。”謝瑜忠認爲，全固態電池的商業化還需要很長時間，從目前技術進步速度來看，可能要到2030年以後，半固態電池將是必要的過渡。

而半固態電池方面，國內的衛藍新能源已經於去年實現半固態電池的量產，並實現了批量銷售。蜂巢能源在半固態電池技術研發方面已有突破，率先推出了首款基於無鈷材料體系的“不起火、自癒合”的新電芯“果凍電池”。衛藍新能源之所以能儘快實現半固態電池的量產，是因爲大規模地沿用了現有的液態電池的裝備和工藝，其80％～90％的工藝和設備都是沿用原有液態電池的，只有10％～20％的工藝和設備進行了改造，這部分中，包括了固態電解質膜的引入、負極一體化的新工藝等，而寧德時代也採取這樣的方式生產半固態電池。“3～5年內能搭載到新能源汽車上的，都不是全固態電池。”寧德時代董事長曾毓羣近日直言不諱地表示。

固態電池技術的發展爲更多企業提供了機會。“技術變革、產業變革的背後是市場變革。”東方證券分析師覃筱鵬向《中國汽車報》記者表示，在液態鋰電池時代，市場份額主要集中在中日韓等少數動力電池巨頭手裡，這些企業憑藉着多年的積累，建立的技術壁壘十分堅固，後來者幾乎再沒有入局的機會。但是，固態電池新技術的突破，則爲更多的企業提供了新賽道，如輝能科技、衛藍新能源等科技企業將有機會與傳統電池巨頭站在同一起跑線上展開競爭，而車企也迎來了重新掌握電池技術主動權的機會。

車企中，如豐田、本田等車企已經在直接進行固態電池技術開發與佈局。與此同時，福特、寶馬等車企也通過支持初創科技企業，共同開發固態電池技術。還有一些傳統電池企業則是“兩手抓”，一手佈局固態電池，一手繼續挖掘液態電池的技術改進空間。比亞迪的刀片電池使用磷酸鐵鋰材料，空間節省近一半，已經開始大量裝車使用；蜂巢能源推出了疊片電池等。在電池正負極材料改良方面，則出現了爲提高安全性、降低成本的摻硅補鋰、超高鎳電池等新技術。

在市場需求方面，據相關機構預測，到2030年，全球固態電池需求有望達到500吉瓦時，將形成3000億元以上的市場規模。“由此可見，固態電池不只是一場技術上的創新與突破，也將成爲整個動力電池行業變革的新引擎。”王敬忠表示，不管是汽車企業，還是傳統電池企業，以及新創科技企業，誰能在固態電池新技術競爭中率先突破技術瓶頸，誰就能在這場爭奪戰中獲得主動權，贏得未來發展的巨大空間。

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2022

1月9日，蔚來汽車發佈了一款單體能量密度達360Wh/kg的150kWh固態電池包，並定於2022年四季度對外交付。不過，蔚來表示這屬於“半固態電池”，同時使用了固態電解質和電解液，保留了傳統鋰離子電池的隔膜等組成部分。

萬向一二三通過將Ionic Materials研發的導電離子聚合物與自家的三元/石墨鋰離子材料相結合製成了一款具有高能量密度、高安全性的全固態電池。該公司表示，這一類固態電池有望在2022年正式應用於電動汽車。

輝能科技日前表示，其固態電池在能量密度方面，在2022～2023年能達到電池芯800Wh/kg、電池包600Wh/kg的目標，也就是充一次電能實現750公里的續駛里程。

2023

通用汽車此前與麻省固能（SES）達成合作，計劃在2023年之前推出原型固態電池。

2025

長城汽車旗下蜂巢能源聯手中科院設立了固態電池研究中心，計劃在2025年推出能量密度達350Wh/kg～500Wh/kg的固態電池。

國軒高科日前宣佈，將在2022年前引入固態電池技術；2022年開始進行固態電池技術的迭代升級，生產高安全固態電池；2025年後生產出能量密度超過400Wh/kg、循環800次的全固態電池。

2020年豐田與松下合作成立合資公司，開發生產固態電池。豐田表示，正在概念車上測試固態電池，希望在2025年正式量產首款搭載固態電池的汽車。

今年3月15日的大衆汽車電池日上，大衆集團公佈了固態電池計劃。目前，大衆集團正在與美國固態電池公司QuantumScape開展密切合作，預計2025年之後銷售固態電池車型。

2030

4月22日，現代汽車宣佈固態電池開發計劃，並稱將在2030年大規模生產固態電池汽車。

5月10日，福特與寶馬錶示，雙方正聯合一家風投公司共同投資固態電池新創公司Solid Power，金額爲1.3億美元（約合人民幣8.4億元）。這項投資可使Solid Power擴大生產能力，生產全尺寸汽車電池，並將使Solid Power有望在未來10年內，量產供應電動汽車所需固態電池。

本報記者　趙建國 《 中國汽車報 》（2021-05-24  010-011 版）