固态电池升温 整车厂能否扳回一局

5月10日，福特与宝马表示，双方正联合一家风投公司共同投资固态电池新创公司Solid Power，金额为1.3亿美元(约合人民币8.4亿元)。近期，本田、现代等车企也在大力投资开发固态电池，加速推动固态电池走向商业化。

来自企业方面的行动，汇聚成一股新的潮流。“这表明，电动汽车市场对性能更强、更安全的动力电池需求的激增，给固态电池技术突破带来了更强劲的驱动力，车企作为需求者和受益者，必然是固态电池商业化提速的主要推动者之一。”北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁对《中国汽车报》记者表示。

固态电池热度骤增

近两年来，在政策推动下，智能电动汽车进入快速发展期，而全球屡次发生的电动汽车自燃事件，使业界对目前电动汽车广泛使用的三元锂电池提出了质疑，正因如此，安全性更好，续驶里程更长的固态电池技术正在成为国内外企业技术竞争的新高地。

4月9日，赣锋锂业宣布将投资22亿元，建设包括高比能固态电池超薄锂负极材料在内的项目;4月14日，蜂巢能源与中国科学院宁波材料技术与工程研究所共建的固态电池技术研究中心正式成立;4月22日，现代汽车宣布固态电池开发计划，并宣称将在2030年大规模生产固态电池汽车;4月23日，本田公司透露正独立展开全固态电池研究，今年内将开始生产技术验证;丰田也计划在2021年东京奥运会上推出搭载固态电池的纯电动示范车。

而在此次福特与宝马的合作之前，福特曾参与Solid Power在2018年的A轮投资并出资2600万美元(约合人民币1.7亿元)，当时现代汽车与三星电子也参与其中。宝马集团早在2017年就与Solid Power合作开发固态电池。2020年10月，Solid Power宣布生产和交付第一代全固态电池(ASSB)，能量密度达到每千克320瓦时。此轮融资之后，Solid Power将加快推动其固态电池产品的量产落地。

之所以越来越多的企业盯上固态电池，更多是企业出于自身发展，追求更安全、性能更好的电池的需要。“固态电池电化学稳定性、热稳定性都比较好，所以其安全性等指标，相比液态电池更有优势，这是企业看重的原因，但问题是目前还没有在市场上看到进一步的应用。”中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长马小利表示。

事实上，固态电池作为下一代动力电池技术的制高点，吸引着众多企业布局。包括大众、现代、宝马、丰田、通用等国际车企，蔚来、宁德时代、蜂巢、辉能、赣锋锂业、清陶、卫蓝等国内企业，也在加快推进固态电池的研发及商业化。

其中，大众投资入股的固态电池企业Quantum Scape于去年在纽交所上市。其固态电池体积能量密度超过1千瓦时/千克，并支持15分钟充满80%电量。此外，现代汽车正在与三星SDI、SKI和LG新能源在内的电池企业进行合作，以推进固态电池的开发和量产;通用汽车与麻省固能(SES)达成合作，计划在2023年之前推出原型固态电池。

仿佛一夜之间，固态电池成为2021年动力电池领域最热的“网红”。“这是因为，目前液态三元锂电池产品工艺已达到极限，且安全隐患是液态电池自身难以解决的问题，所以，加速固态电池的商业化落地，成为汽车企业、动力电池企业及研发机构共同致力的目标。”清华大学材料学院教授南策文认为。

车企争取主动权

据了解，有的车企已经急不可待开始推出产品。

今年1月，国内造车新势力蔚来汽车推出了150千瓦时固态电池包，能量密度达360瓦时/千克。虽然蔚来汽车表示，这是半固态电池，但已经提升了安全系数和续驶里程，并定于2022年四季度批量交付。

同时，比亚迪等企业也公布了固态电池相关产品计划。比亚迪采用锂氧化物作为全固态电池的电解质，这类电解质本身的电导率极低，但比亚迪通过自主开发的专利技术，提高了锂氧化物的电导率和力学强度，使得固态电池具有更加优异的电池循环性能和高倍率充放电性能。

此外，丰田也表示，将成为第一家销售配备固态电池电动汽车的制造商，承诺一次充电可实现续驶500公里，充电时间大大缩短，该公司还表示，将在2021年实现原型车测试，但目前该车没有进入市场的明确时间。

“应该说，是多方面的压力倒逼车企主动研发及布局固态电池先进技术。”山东省电池工业协会顾问谢瑜忠向《中国汽车报》记者表示，一是全球屡屡出现的三元锂电池燃烧事故，使现有的三元锂电池安全性存疑，而固态电池或能有效解决这一问题;二是车企更清楚自己主动做固态电池，可以积累技术研发力量与电池制造经验，有利于节约研发时间与采购成本，而不必等待和依赖电池企业;三是车企如果掌握了较为成熟的技术和工艺，固态电池很有可能成为车企新的盈利增长点，正如手机企业跨界造车一样，都是在转型中寻找新的利润增长点。

眼下，随着新能源汽车的不断发展，车企对于动力电池的要求越来越高，无论是安全性、续驶里程、能量密度等方面，锂电池已经不太适应电动化时代的要求。而且，电芯企业压力更大。“作为‘三电’重要的组成部分之一，固态电池将催生电动汽车产业出现革命性变化。”其鲁认为，由于固态电池特有的性能，将来如果形成产品，可以很容易使纯电动汽车续驶里程突破1000公里。

此外，电动汽车的“三电”也要实现智能化、域控制化，要与整车的软件系统、控制系统实现高度融合，只有车企有更好的基础和条件来实现这一融合。所以，车企主动拥抱固态电池，内在的逻辑并不难理解。

理论上看，一旦固态电池技术成熟，能够实现规模化生产，成本有望迅速降低。华东新材料技术研究院研究员林澍文向《中国汽车报》记者谈到，目前越来越多的车企自研或与研究机构合作开发固态电池技术，表明车企不仅希望把智能化、电动化、数字化更好地结合起来，而且在商业模式上有所探索、有所创新，从而加速推动固态电池商业化的落地。与电池企业只卖产品不同，车企还会更多地考虑固态电池在售后服务体系中的定位。

研究机构预测，2028至2035年，采用固态电池的电动汽车将增长37倍，而固态电池的成本将下降至每千瓦时40美元(约合人民币258元)，甚至低于液态电池。技术突破与成本下降即意味着为固态电池商业化扫清了障碍。业界认为，众多车企主动出击，无非是想在固态电池领域抢占先机，推动固态电池早日实现商业化。

技术瓶颈多 量产还需5～10年

数据显示，在电动汽车自燃事故中，充电过程中自燃的占29%，静置和行驶中自燃的占39%，而涉水、碰撞、挤压等因素造成自燃的占比不到20%。“近年来的电动汽车电池自燃事故，大多与三元锂电池有关。这与其自身燃点低的特性相关，除非有革命性的技术突破，目前这类事故无法完全避免。而伴随着三元锂电池能量密度的提高，安全问题愈发凸显。”中国电池工业协会专职副理事长王敬忠向记者表示，固态电池技术或许是电动汽车两全其美的“最佳搭档”。

其实，从安全性、能量密度等方面来看，固态电池已经成为业界公认的发展方向。但是，除了成本较高之外，固态电池走向商业化的核心技术难点在于技术难关。“当前，固态电池可根据电解质的不同细分为四大技术路线，即聚合物、薄膜、硫化物和氧化物。”其鲁介绍，其中，日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线，中国企业多以氧化物路线为主，欧美企业发展则较为均衡，如宝马福特押注的Solid Power，主要研发基于硫化物的全固体电池，Quantum Scape固态电池走的是氧化物路线。不过，无论采用哪种电解质材料，想要实现量产，都存在巨大的挑战。

挑战在于核心技术尚未突破。“薄膜固态电池和氧化物固态电池难以开发大容量动力电池或储能电池;聚合物固态电池受限于现有PEO(聚氧化乙烯)材料体系，无法在室温下工作且难以兼容高电压正极;硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题。”在林澍文看来，受当前技术水平的限制，距离真正的全固态电池规模化量产预计还需要5至10年时间。而目前，从液态到全固态，中间还有一个固液混合的半固态电池过渡阶段。

据介绍，走聚合物路线的主要有以宁德时代、Solid Power等为代表的企业。目前虽然技术趋于成熟，但技术瓶颈是性能上限较低，高温条件下才具备高离子电导率，室温条件下离子电导率极低。这些条件限制了聚合物固态电池的能量密度上限很难超过300瓦时/千克。

QuantumScape、TDK等企业走的是无机氧化物电解质路线，无机氧化物电解质对比上述聚合物电解质，在室温下拥有更高的离子电导率，但界面阻抗也更高。其一，薄膜型固态电池的优点突出，但量产需要串联大量薄膜电池来实现，这会使得固态电池的生产工艺难度增加，造价直线飙升;其二，对比之下，非薄膜型固态电池的实用性能要高得多，辉能科技、清陶能源也选择了这条路线。

宁德时代、三星、松下等电池企业选择的是无机硫化物电解质固态电池路线，这是开发难度最大、性能潜力也最大的一条路线。开发难度大主要由于该电解质材料还处于研发的早期阶段，电池产品对环境十分敏感，也存在安全问题。其内部的硫化物电解质对空气敏感，容易氧化，遇水易产生硫化氢等有害气体。

此外，目前高昂的成本也是制约全固态电池商业化的一大障碍。“未来随着固态电池技术的突破，以及产量的扩大，固态电池的成本也将大幅下降。”其鲁表示，2010年，锂离子电池每千瓦时的成本超过了1000美元，但如今已经下降近10倍。从目前的情况看，固态电池技术研发，成本的下降是必然趋势。

2030年市场规模或超3000亿元

技术革新从来都不会一蹴而就。“固态电池全面商业化，将给行业带来一系列影响和变革，也将对现有的动力电池材料、生产工艺等方面形成不小的冲击。”其鲁表示，全固态电池的正负极及活性材料可以在很大程度上保持原有材料体系，但电解液和隔膜将被完全取代。

目前，固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段，相关企业都希望抢占先机，以赢得市场份额。车企、电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才等方面进行博弈。“随着越来越多的企业涌入，固态电池产业化进程不断提速，商业化落地也会加快，按照目前的发展情况，2021年至2025年固态电池将有望实现初步应用。”谢瑜忠认为，全固态电池的商业化还需要很长时间，从目前技术进步速度来看，可能要到2030年以后，半固态电池将是必要的过渡。

而半固态电池方面，国内的卫蓝新能源已经于去年实现半固态电池的量产，并实现了批量销售。蜂巢能源在半固态电池技术研发方面已有突破，率先推出了首款基于无钴材料体系的“不起火、自愈合”的新电芯“果冻电池”。卫蓝新能源之所以能尽快实现半固态电池的量产，是因为大规模地沿用了现有的液态电池的装备和工艺，其80%～90%的工艺和设备都是沿用原有液态电池的，只有10%～20%的工艺和设备进行了改造，这部分中，包括了固态电解质膜的引入、负极一体化的新工艺等，而宁德时代也采取这样的方式生产半固态电池。“3～5年内能搭载到新能源汽车上的，都不是全固态电池。”宁德时代董事长曾毓群近日直言不讳地表示。

固态电池技术的发展为更多企业提供了机会。“技术变革、产业变革的背后是市场变革。”东方证券分析师覃筱鹏向《中国汽车报》记者表示，在液态锂电池时代，市场份额主要集中在中日韩等少数动力电池巨头手里，这些企业凭借着多年的积累，建立的技术壁垒十分坚固，后来者几乎再没有入局的机会。但是，固态电池新技术的突破，则为更多的企业提供了新赛道，如辉能科技、卫蓝新能源等科技企业将有机会与传统电池巨头站在同一起跑线上展开竞争，而车企也迎来了重新掌握电池技术主动权的机会。

车企中，如丰田、本田等车企已经在直接进行固态电池技术开发与布局。与此同时，福特、宝马等车企也通过支持初创科技企业，共同开发固态电池技术。还有一些传统电池企业则是“两手抓”，一手布局固态电池，一手继续挖掘液态电池的技术改进空间。比亚迪的刀片电池使用磷酸铁锂材料，空间节省近一半，已经开始大量装车使用;蜂巢能源推出了叠片电池等。在电池正负极材料改良方面，则出现了为提高安全性、降低成本的掺硅补锂、超高镍电池等新技术。

在市场需求方面，据相关机构预测，到2030年，全球固态电池需求有望达到500吉瓦时，将形成3000亿元以上的市场规模。“由此可见，固态电池不只是一场技术上的创新与突破，也将成为整个动力电池行业变革的新引擎。”王敬忠表示，不管是汽车企业，还是传统电池企业，以及新创科技企业，谁能在固态电池新技术竞争中率先突破技术瓶颈，谁就能在这场争夺战中获得主动权，赢得未来发展的巨大空间。