圍繞固態(tài)電池這項(xiàng)前瞻技術(shù)的研發(fā)“軍備競(jìng)賽”似乎一直都沒(méi)有停下來(lái)，而是有加速趨勢(shì)，包括豐田、大眾集團(tuán)、三星、寶馬、寧德時(shí)代等在內(nèi)的巨頭都在尋求固態(tài)電池領(lǐng)域的突破。近日，豐田汽車動(dòng)力總成公司執(zhí)行副總裁兼電池業(yè)務(wù)總經(jīng)理海田啟司透露：“豐田希望能在2025年前量產(chǎn)固態(tài)電池。”不久前，大眾集團(tuán)向美國(guó)固態(tài)電池初創(chuàng)公司QuantumScape增資2億美元，以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)固態(tài)電池。

日系一馬當(dāng)先推出原型產(chǎn)品

假如疫情不曾暴發(fā)，假如東京奧運(yùn)會(huì)不曾推遲，也許我們現(xiàn)在已經(jīng)能看到搭載固態(tài)電池的豐田電動(dòng)汽車了。在去年十月東京車展開(kāi)幕前夕，豐田首席技術(shù)官寺島茂樹曾透露，豐田將在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)期間推出一款搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車型，并于2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

而今，由于疫情沖擊，東京奧運(yùn)會(huì)延期到了2021年。不過(guò)，據(jù)知情人士透露，豐田仍在積極研發(fā)固態(tài)電池，并如期推出了原型產(chǎn)品，已在概念車上搭載。至于原型產(chǎn)品何時(shí)公開(kāi)亮相，由于東京奧運(yùn)會(huì)的開(kāi)幕時(shí)間尚未敲定，目前無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)告其亮相時(shí)間。

與現(xiàn)有三元鋰離子電池相比，固態(tài)電池?fù)碛兄T多優(yōu)勢(shì)，被視作下一代動(dòng)力鋰電池的發(fā)展方向之一。據(jù)海田啟司透露，豐田的固態(tài)電池原型產(chǎn)品充滿電僅需15分鐘，比現(xiàn)有鋰離子電池充電速度快得多；壽命方面，豐田所生產(chǎn)的固態(tài)電池有望使用30年之后，仍可保持90％以上的性能。能量密度方面，根據(jù)豐田的規(guī)劃，到2025年將把固態(tài)電池能量密度提升到現(xiàn)有鋰離子電池的2倍以上，預(yù)計(jì)可達(dá)到450Wh/kg，屆時(shí)搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程將大幅提升，可與燃油車相媲美。另外，固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)，預(yù)計(jì)將比現(xiàn)在電池更輕、更持久、更安全，最終也會(huì)更便宜。

豐田并不是單打獨(dú)斗。在固態(tài)電池領(lǐng)域，豐田的合作伙伴是松下，雙方成立的合資公司——泰星能源解決方法有限公司已于今年四月投入運(yùn)營(yíng)，該公司業(yè)務(wù)范圍包括研發(fā)大容量鋰離子電池、固態(tài)電池，以及下一代電池的開(kāi)發(fā)、制造與銷售。

此外，在固態(tài)電池領(lǐng)域，日本的車企、科研機(jī)構(gòu)、電池和材料公司等喜歡抱團(tuán)共同參與研究。早在2018年夏季，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）啟動(dòng)了固態(tài)電池開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，參與方包括豐田、日產(chǎn)、本田等汽車廠商，松下、GS湯淺等電池公司，以及東麗、旭化成、三井化學(xué)、三菱化學(xué)等材料廠商。

韓系開(kāi)始抱團(tuán)現(xiàn)代聯(lián)手三星

在全球動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)，韓國(guó)電池三巨頭——LG化學(xué)、三星SDI和SKInnovation占有舉足輕重的地位。近一段時(shí)間以來(lái)，現(xiàn)代汽車集團(tuán)首席副會(huì)長(zhǎng)、實(shí)際掌門人鄭義宣先后與三星電子副會(huì)長(zhǎng)、三星集團(tuán)實(shí)際掌門人李在镕，LG集團(tuán)會(huì)長(zhǎng)具光謨，以及SK集團(tuán)會(huì)長(zhǎng)崔泰源會(huì)晤，探討動(dòng)力鋰電池合作及供應(yīng)事宜。

目前，在韓國(guó)，現(xiàn)代汽車集團(tuán)大部分動(dòng)力鋰電池供應(yīng)來(lái)自LG化學(xué)，還有一部分來(lái)自SKInnovaTIon。雖然三星SDI尚未與現(xiàn)代汽車集團(tuán)建立起電池供應(yīng)關(guān)系，但在上述三家電池廠商中，鄭義宣最先參觀的就是三星SDI的電池廠，原因可能就在于三星掌握著重要的籌碼，即固態(tài)電池。

今年三月，三星高等研究院和三星日本研究所聯(lián)合公布了固態(tài)電池最新進(jìn)展。據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種高性能的銀碳基全固態(tài)電池，單次充電可供應(yīng)800公里續(xù)航，循環(huán)次數(shù)高達(dá)1000次。這種高性能且長(zhǎng)效的全固態(tài)電池，相關(guān)于鋰離子電池而言，能量密度更高，可達(dá)900Wh/L，從而可以帶來(lái)更大的存儲(chǔ)容量，并且更安全。

關(guān)于現(xiàn)代汽車集團(tuán)這樣的整車廠商來(lái)說(shuō)，LG化學(xué)和SKInnovaTIon可以滿足其當(dāng)前的動(dòng)力鋰電池需求，而三星擁有的固態(tài)電池技術(shù)無(wú)疑代表著下一代動(dòng)力鋰電池的重要方向。在會(huì)面時(shí)，以鄭義宣為代表的現(xiàn)代汽車集團(tuán)高管聽(tīng)取了三星高管有關(guān)全球動(dòng)力鋰電池技術(shù)動(dòng)向、三星固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展情況的介紹，韓國(guó)汽車業(yè)界猜測(cè)雙方未來(lái)可能在固態(tài)電池領(lǐng)域展開(kāi)合作。

德系加入競(jìng)爭(zhēng)熱捧初創(chuàng)公司

在汽車行業(yè)的電動(dòng)化浪潮中，動(dòng)力鋰電池作為關(guān)鍵部件可以說(shuō)是起著決定性用途。因此，除了電池廠商外，整車廠商也希望能掌握動(dòng)力鋰電池技術(shù)的主動(dòng)權(quán)，而投資初創(chuàng)公司成為重要手段之一。

今年六月，大眾集團(tuán)宣布將再一次追加對(duì)電池初創(chuàng)公司QuantumScape的投資，此次投資額為2億美元。這并非大眾集團(tuán)的首次出資。早在2014年，大眾集團(tuán)就收購(gòu)了這家公司5％的股份，但并未透露交易金額。2018年，大眾集團(tuán)出資1億美元，與QuantumScape成立合資公司，并派遣人員參與到技術(shù)開(kāi)發(fā)中。QuantumScape是美國(guó)斯坦福大學(xué)前研究人員于2010年在加州圣何塞市成立的公司，重要從事固態(tài)電池研發(fā)工作。從這前后三次出資，可以看出大眾集團(tuán)關(guān)于這家公司以及固態(tài)電池技術(shù)的看好。

針對(duì)最新的這筆投資，大眾集團(tuán)零部件管理委員會(huì)主席托馬斯·施瑪爾表示：“我們正與合作伙伴QuantumScape在固態(tài)電池技術(shù)方面取得進(jìn)步，此次投資將進(jìn)一步推進(jìn)我們?cè)谌虘B(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)。”

大眾集團(tuán)曾表示，固態(tài)電池能使高爾夫純電動(dòng)版的續(xù)駛里程從300公里提升至750公里。關(guān)于固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，大眾集團(tuán)的預(yù)估與豐田類似，其目標(biāo)是與QuantumScape在2025年建成一條固態(tài)電池生產(chǎn)線，而廠建設(shè)計(jì)劃將在今年年內(nèi)敲定。

彭博社NEF公司能源存儲(chǔ)主管詹姆斯·弗里斯表示，2025年左右是固態(tài)電池廣泛商業(yè)化的一個(gè)現(xiàn)實(shí)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，且從能源技術(shù)的角度來(lái)看，并不是很遙遠(yuǎn)。“坦白說(shuō)，美國(guó)很多初創(chuàng)公司都在從事這方面的研究。”他說(shuō)。

SolidPower是一家位于美國(guó)科羅拉多州的固態(tài)電池初創(chuàng)公司，也是熱門的投資對(duì)象。早在2017年九月，美國(guó)電池制造商A123公司宣布對(duì)SolidPower進(jìn)行投資，以研發(fā)世界一流的電池技術(shù)。2017年十二月，寶馬宣布與SolidPower合作，共同研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。此后，SolidPower完成了包括多家車企領(lǐng)投的A輪和B輪融資。

SolidPower首席執(zhí)行官道格·坎貝爾指出，目前市場(chǎng)上的三元鋰離子電池能量密度已經(jīng)逐漸接近理論極限，而固態(tài)電池技術(shù)可能是提高能量密度最直接的途徑。在他看來(lái)，固態(tài)電池將是后鋰離子時(shí)代的主導(dǎo)科技，并將成為電動(dòng)汽車、電子產(chǎn)品以及醫(yī)療裝備行業(yè)的規(guī)則改變者。

商業(yè)化落地難多重瓶頸待破

在我國(guó)，去年十二月，工信部公布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見(jiàn)稿），在“執(zhí)行電池技術(shù)突破行動(dòng)”中，加快固態(tài)動(dòng)力鋰電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”。這意味著固態(tài)電池有望上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面。另外，寧德時(shí)代、比亞迪、國(guó)軒高科、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)等一批廠商正在參與固態(tài)電池的研發(fā)。光大證券在不久前公布的一份報(bào)告中指出，固態(tài)電池將成為搶占下一代鋰電技術(shù)的制高點(diǎn)，而當(dāng)前固態(tài)電池領(lǐng)域進(jìn)入“軍備競(jìng)賽”階段，國(guó)內(nèi)外各公司期望搶占先機(jī)以贏得市場(chǎng)份額。

在穩(wěn)步推進(jìn)研發(fā)的同時(shí)，業(yè)內(nèi)人士關(guān)于固態(tài)電池的商業(yè)化障礙也有著清醒的認(rèn)識(shí)。光大證券指出，固態(tài)電池的工藝路線尚不成熟，降本仍是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，全面產(chǎn)業(yè)化預(yù)計(jì)要5～10年。

海田啟司坦言，受限于耐久性和安全性，豐田的工程師們尚未能真正發(fā)掘出固態(tài)電池能量密度大幅提升的潛力，目前正在調(diào)整電池的陽(yáng)極和其他材料構(gòu)成。豐田傾向于使用硫基電解質(zhì)，因?yàn)檫@種電解質(zhì)似乎能更加有效地促進(jìn)鋰離子在電極之間的轉(zhuǎn)移，而豐田面對(duì)的挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)一種既能緊密壓縮又能保持彈性的電解質(zhì)。

另外，生產(chǎn)方面，固態(tài)電池必須在超干燥的環(huán)境中生產(chǎn)，目前豐田的固態(tài)電池是在一個(gè)名為“手套箱”的透明盒子中生產(chǎn)的，工人們通過(guò)緊密嵌在盒子上的橡膠手套將手伸入其中，“這一過(guò)程緩慢、笨拙，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。”海田啟司還說(shuō)，固態(tài)電池要想與內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)相抗衡，成本必須低于100美元/kWh。

海田啟司表示，和很多前瞻性技術(shù)相同，固態(tài)電池的商業(yè)化還面對(duì)著各種阻礙，現(xiàn)在討論固態(tài)電池的上市時(shí)間還太早。不過(guò)，豐田希望能在2025年實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。事實(shí)上，今年年初，豐田先進(jìn)材料技術(shù)部首席專業(yè)工程師中西真二在介紹固態(tài)電池研究項(xiàng)目時(shí)也表態(tài)稱，雖然固態(tài)電池還處于研究階段，但生產(chǎn)技術(shù)某種程度上也在同步推進(jìn)，即使距離真正的量產(chǎn)還有一些距離，但豐田的相關(guān)研發(fā)工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。