固態電池發展現狀

　　1、固態電池的研發現狀

　　在材料方面，中國科學院寧波材料技術與工程研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所為代表的團隊，已經開發了一系列的氧化物和硫化物的粉體、陶瓷片等，已經開始對社會提供樣品和供貨。

　　中科院化學研究所在雙功能聚合物電解質相關研究中，成功開發出新型雙功能聚合物電解質，并實現紫外光固化技術制備，其實現的高室溫離子電導率和機械強度，可用于室溫固態金屬鋰電池。

　　中科院青島生物能源與過程研究所在高能量密度固態電池研究中取得進展，針對固態電池發展中固固界面阻抗過大的瓶頸問題，研究成員創造性地提出“原位自形成固態電解質”的解決方案，有效降低界面阻抗和提升電池綜合性能。目前中科院青島能源所已開發出6Ah大容量三元固態鋰電池，具有能量密度高、循環壽命長、安全性能佳等優勢。2017年1月15日，該所研發的固態鋰電池隨中科院深海所的深潛器出海，啟程遠赴馬里亞納海溝進行全海深示范應用，這是我國首個自主研發可應用于深潛器的高能量密度、高性能全固態鋰電池。

　　此外，由清華大學南策文院士團隊創建的清陶（昆山）能源發展有限公司也是國內較早開展全固態鋰電池技術研發的團隊之一。南策文院士表示：“清陶發展把實現全固態電池的產業化定為2017年的首要任務，將重點解決材料匹配、裝備升級、產品一致性等核心問題，力爭于2017年9月推出第一批全固態鋰電池產品。”

　　2、企業的固態電池布局

　　電池中國網發現，豐田、松下、三星、三菱以及國內的寧德時代等電池行業領軍企業都已經積極布局固態電池的儲備研發。

　　相對而言，技術成熟度較高、技術沉淀較深的當屬法國的Bolloré、美國Sakti3和日本豐田。這三家也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態電解質的典型技術開發方向。在歐洲比較出名的Bolloré，采用的是聚合物電解質體系，三星采用的則是硫化物電解質體系。英國富豪詹姆斯-戴森（JamesDyson）在2015年公司收購了固態電池企業Sakti3，2016年8月，戴森表示，將出資14億美元興建一座電池工廠。德國汽車零部件巨頭博世（BOSCH），2015年收購美國電池公司“Seeo”。博世和Seeo然后與日本著名的GSYUASA（湯淺）電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池。

　　2016年12月17日，寧德時代研發經理郭永勝在“第七屆全球新能源汽車大會（GNEV7）”上介紹了公司固態鋰金屬電池的研發進程，他表示，寧德時代在做固態電池之前對全球做固態電池的企業做了調研，目前該項目還處于早期階段。寧德時代在研發過程中，也在關注固態電池的制造問題，固態電池整個制造工藝跟傳統的鋰離子的制造工藝不同，需要新的設備，新的工藝，所以寧德時代也同時進行工藝的研發。

　　從整體來看，固態電池現在的制備技術成熟度還有待加強，能形成規模產能的企業有限，技術規模化擴產需要克服的困難還有很多，仍處于推廣發展期。但可以預期的是，隨著研發和工業技術的不斷發展，全固態電池中的科學和工藝上的問題會逐漸得到緩解，在未來幾年，固態電池產品的市場會迎來蓬勃發展的機遇。

　　固態電池發展前景

　　中國固態鋰電池處于基礎研發階段，清華大學、北大深圳研究院、電子科大、國防科大、中科院物理所、化學所、寧波材料所、青島能源所、上海硅酸鹽所等單位已開始固態鋰電池關鍵材料、固態鋰電池制造裝備及電芯制造技術的研發。同時，國內鋰電池材料及電芯優勢企業，如寧德時代、比亞迪、中航鋰電、貝特瑞、力神、贛鋒鋰業等，也已開始布局固態鋰電池技術開發。

　　●寧德時代

　　寧德時代投入固態電池研發已有幾年時間，在聚合物和硫化物基固態電池方向分別開展了相關的研發工作。其招股說明書中表明，下一代電池研發重點就是全固態鋰電池。但從官方介紹的情況來看，離商業化仍然比較遠。在制造工藝方面，寧德時代初步提出以下工藝路線：正極材料與離子導體的均勻混合與涂覆；經過一輪預熱壓，形成連續的離子導電通道；經過二次涂覆LPS之后，再進行熱壓，全固態化之后可以去掉孔隙；再涂覆緩沖層后與金屬鋰復合疊加。

　　●比亞迪

　　比亞迪2016年中期業績會議透露，公司認為固體電池將是鋰電池未來的方向，已經在嘗試小規模使用，并確定將在未來10年，最快5年內提供該類型產品。2017年8月，比亞迪申請了一種全固態鋰離子電池正極復合材料及一種全固態鋰離子電池的發明專利。

　　●國軒高科

　　國軒高科固態電池的研發主要在海外進行，2018年2月，國軒高科透露正在美國和日本分別開發下一代動力電池生產技術工藝與生產設備，相關產品將使用半固態電池技術。目前，國軒高科半固態電池技術已處于實驗室向中試轉換階段，計劃2019年建設中試線。

　　●贛鋒鋰業

　　2017年8月，贛鋒鋰業通過引進寧波材料所的固態電池博士團隊，正式切入固態電池板塊，目標在3年內實現固態電池產業化。隨后，贛鋒鋰業公告稱將投資2.5億元，于2018年底建成億瓦時級第一代固態鋰電池生產線，并實現送樣；在2019年12月完成3億元固態電池銷售，并分別推動二代固態鋰電池技術成熟，實現三代固態鋰電池可研。根據測算，贛鋒鋰業生產的第一代固態鋰電池電芯的能量密度可達240Wh/kg，按照單車500kg電池組估算，80kWh的電量可以實現480km的續航，且千次循環后最大電量仍有90%，充電僅需12分鐘充滿。

　　●珈偉股份

　　2017年12月，珈偉股份子公司珈偉龍能發布了其首款快充類固態電池產品。珈偉龍能科技具備一期1億Wh高性能動力電池，采用類固態快充技術；2018年二期擬再次投產2GWh電池產能。公司生產的電池正極采用改性的鐵鋰和三元，負極則使用鈦酸鋰和納米化的石墨。然而，珈偉股份發布的電池與全固態電池技術不甚相同，此次珈偉股份生產的類固態電池為凝膠狀（類固態）電池，采用了隔膜，非完全意義的固態電池。

　　固態電池的發展趨勢

　　目前，具有高能量密度以及高安全特性的固態電池正在全球范圍內受到關注。伴隨著新能源汽車的高速發展，提高車輛續航里程的呼聲日益響亮，想要汽車“跑”得遠，選用能量密度更高的固態電池成為一個可行的選擇。在此背景下，不同國家和地區的相關研究機構和企業紛紛進入“賽道”，開啟了一場發力布局和加速固態電池研發的“拉力賽”。

　　“想要達到2020年及以后的動力電池能量密度發展要求，實現能量密度大于500Wh/kg的目標，現有的液體電解質電池體系恐怕無能為力。作為下一代面向500Wh/kg的電池技術路線，固態電池體系的研發已成為剛需。新能源汽車產業中長期發展需要新的技術儲備，固態鋰電池則有望成為下一代車用動力電池主導技術路線，它不只是未來二次電池的重要發展方向，也是當前的重要任務。”中國科學院物理研究所研究員陳立泉近日表示。

　　國內外市場同時發力

　　國內外不少大型車企現已開始發力固態電池的研發，以求奪得未來發展新能源汽車的技術話語權。“各大汽車產業強國在研發應用新一代高能量密度動力電池方面都不甘落后。”日前發布的《中國新能源汽車動力電池產業發展報告（2018）》分析指出。

　　進軍固態電池領域，大眾汽車顯然早有計劃。其大規模電動車發展計劃“RoadmapE”預計投資500億歐元，將在中國、歐洲及北美開展動力電池長期戰略合作項目，并在2025年之后實現固態電池裝車應用，實現1000公里的續航里程。同樣積極布局固態電池的還有寶馬汽車，其與美國電池技術公司SolidPower建立合作伙伴關系，共同開發電動汽車專用固態電池技術。

　　在亞洲，固態電池同樣是汽車公司以及電池企業布局的熱點。日本豐田給出的“答卷”是與松下聯合研發方形固態電池，同時計劃發展更高密度的新一代全固態電池。而韓國電池制造研發企業LGChem則選擇與三星SDI聯合研發高鎳NCM、NCA以及固態電池，并表示固態電池量產將在2025年左右。

　　面對競爭激烈的國際固態電池市場，我國以中國科學院物理研究所為代表的研究團隊，也正在積極推進固態電池的產業化工作。同樣發力的還有企業，贛鋒鋰業正與中國科學院寧波材料所進行合作，寧德時代、天津力神、中航鋰電及衛藍新能源等企業也在進行固態電池的開發。

　　“可以看到，不管是車企還是電池企業都著眼于全固態電池的研發，這更像是一場高比能全固態電池的技術競賽，將極大促進高比能全固態鋰電池最終實現。”北京理工大學材料學院教授吳伯榮表示。

　　多道難題待解

　　據記者了解，固態鋰電池的關鍵是固態電解質材料，現有的無機固體電解質和高分子聚合物電解質材料，沒有任何一種既有高離子電導率和機械強度，又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物電解質材料在室溫離子電導率低，而無機固體電解質則存在制備困難的問題，怎么辦呢？我們要挑選各自的優點，規避缺點。”中國科學院院士南策文指出，想要“兩全其美”，就必須對固態電解質材料的研發提出更高的要求。

　　面對固態電池發展過程中的阻力，中國化學與物理電源行業協會秘書長劉彥龍同樣提出了自己的看法，“目前最基礎的問題仍然沒有在科研層面得到解決，即固體與固體之間的接觸界面高電阻問題。”過大的電阻不僅會帶來能量的浪費，還會導致電池溫度升高，對其安全性能造成不良影響。

　　除了技術上的不成熟，市場規則不完善同樣是固態電池成長的“煩惱”。中國汽車技術研究中心有限公司北京工作部副主任王成告訴記者，縱使近兩年的新能源汽車財政補貼標準關聯了動力電池能量密度和車輛續駛里程，且2018年新版的補貼政策更加細化和完善，但是對于產品能量密度的指標要求迭代周期過短，導致部分企業一味追求能量密度和高補貼，忽視了產品綜合性能的優化，導致企業的技術和產品難以形成積累。

　　“從整體的技術鏈來看，固態電池市場存在布局不均、鏈條不穩的風險，難以打下持續發展提升的堅實基礎。”王成分析指出，目前仍需進一步引導企業在技術以及產品層面形成良性發展的健康體系，“研發機構和企業應注重積累的效率，在不斷的積累量變過程中，促成迭代質變。”

　　固態鋰電池成戰略重心

　　面對如火如荼的固態電池“競技場”，中國顯然搶到了參賽的入場券。國務院發布的《中國制造2025》規劃中明確提出了對單體動力電池比能量的戰略布局，高比能、高安全、長壽命和低成本固態鋰離子電池，是我國實現新能源汽車“純電驅動”技術轉型戰略的關鍵和重要支撐。自20世紀70年代以來，國內各研究機構、高校，以及近年來隨國家政策而創建的優勢電池材料企業，在固態電解質和固態電池研究方面已取得了系列研究成果。同時，贛鋒鋰業和寧德時代都將全固態鋰電池作為下一代高性能動力電池的研發重點。

　　“總體看固態電池發展的路徑，電解質可能是從液態、半固態、固液混合、固態最后到全固態。負極會從石墨負極，到硅碳負極，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。”中國科學院院士歐陽明高近日分析指出，“到2030年，希望在電解質方面取得突破，全固態電解質會產業化，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg。2030年，常規車型的續航里程應該可以達到500km以上。”

　　目前，國家自然科學基金委員會、科技部和工信部都已將固態電池的研發列為重點專項，隨著更多新型固態電解質材料的發展和全固態鋰電池反應機制研究的逐步深入，固態電解質性能有望得到持續改善。

　　“但光靠國家的支持是不夠的。”陳立泉指出，“希望鋰電產業界和投資促進局高度重視，使我國在這場激烈的國際競爭中獲勝，使動力電池產業從‘跟跑’變為‘領跑’，促進新能源汽車大規模的推廣應用。”