中國粉體網訊 2019年諾貝爾化學獎得主，鋰離子電池之父約翰·古迪納夫曾坦言：“在現如今的科學技術幫助下，鋰離子電池能量密度每年約增加7-8%的效率的速度，已經完全跟不上時代的發(fā)展需求。”在他看來，在整個第三次工業(yè)革命之中，人類的發(fā)展在很大程度上受到了電池發(fā)展的掣肘和影響。倘若電池技術能夠出現新的突破，那么與之相關的所有技術都將出現爆發(fā)性的增長。
現如今越來越多的人選用新能源汽車，電動汽車就是其中最出名的一種。然而這類汽車面臨的最大問題就是，電池不給力！電池的續(xù)航能力以及提供的動力都無法和汽油相提并論。倘若這個問題能夠解決，那么未來的汽車行業(yè)或許將發(fā)生天翻地覆的變化。
政策+技術，新能源汽車銷量加速提升
當前，在政策引導和技術不斷優(yōu)化加持下，全球新能源汽車銷量與滲透率加速提升，發(fā)展前景十分廣闊。
公開數據顯示，今年1-9月，全球廣義新能源乘用車銷量達到621萬輛，其中插混、純電動、燃料電池的狹義新能源車全球銷量達400萬輛，同比增長196%，而中國市場新能源汽車同期累計銷量215.7萬輛，同比增長185.3%。
申港證券預測，2021年中國新能源汽車銷量有可能突破300萬輛，同時全球電動車銷量將突破600萬輛，同比增速達到74%；并有望在2022年和2023年度繼續(xù)保持65%以上的增速。到2025年全球新能源汽車占比預計突破50%。
動力電池，新能源汽車核心部件
在此背景下，動力電池作為新能源汽車核心零部件成為各方“勢力”搶先爭奪的戰(zhàn)略制高點。
目前，幾乎占據整個新能源汽車市場的兩大主流動力電池技術是磷酸鐵鋰和三元鋰，而兩者市場之爭暗流涌動，又各有所長。
“磷酸鐵鋰電池制造成本較低，安全性高，但電池能量密度不夠高，續(xù)航里程較短；而三元鋰電池能量密度容量較大，續(xù)航里程較高，但成本略高，穩(wěn)定性較低，安全性提升空間較大。所以，續(xù)航焦慮、充電焦慮、安全擔憂是當下新能源汽車比較集中緩解空間又受限的主要痛點。”資深汽車研究員張翔表示。但是，無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電池，鋰離子電池都存在一個安全問題：液體電解質的可燃性。所以無論儲能或電動汽車，想要安全首先要解決液體電解質的可燃問題。
固態(tài)電池，新一代動力電池
固態(tài)電池，業(yè)內將其視作能夠解決行業(yè)痛點的新一代動力電池。在對動力電池的三大要求——安全性、能量密度和循環(huán)壽命方面，固態(tài)電池具備優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池的潛力。“電動車電池技術向固態(tài)電池技術變遷是必然的，而電池就像燃油車的發(fā)動機一樣，是車企未來的核心競爭力，有必要提前布局重資投入�！逼嚁祿S創(chuàng)始人張曉亮表示。
中國電池工業(yè)協(xié)會副理事長黃學杰在談“下一代動力電池產業(yè)化之路”時曾表示，未來動力電池技術，是全固態(tài)電池，這是革命性的技術，科技部重點研發(fā)計劃新能源汽車專項希望通過原理創(chuàng)新開發(fā)出全固態(tài)電池，等下一代600Wh/kg的電池做出來時，動力電池不僅僅能開汽車，也應能夠滿足電動飛機的動力需求。
固態(tài)電池技術，車企未來的核心競爭力
固態(tài)電池的發(fā)展備受業(yè)界的期待。固態(tài)電池更安全，成本也更低，很可能會是鋰離子電池的替代品，從而加速電動汽車的普及。固態(tài)電池技術有可能將電動汽車充電時間從數小時縮短至10分鐘左右。雖然固態(tài)電池在短期內還無法實現商業(yè)化，但并不影響各大企業(yè)對于固態(tài)電池技術研發(fā)進程的加快！Bloomberg數據預計，2028-2035年，采用固態(tài)電池的電動車將增長37倍，而固態(tài)電池的成本將下降至40美元/KWh，甚至低于液態(tài)電池。
國外車企早已認真開始與固態(tài)電池相關的研究和開發(fā)的動向。
整車企業(yè)中，豐田已在固態(tài)電池領域研發(fā)布局多年。2008年2月，豐田與伊利卡達成合作，共同研發(fā)固態(tài)電池；2019年5月，豐田公司展出了處于試制階段的全固態(tài)電池樣品；2025年，豐田公司搭載硫化物固態(tài)電池的新能源汽車計劃量產，電量從0充電至100%僅需15min，能量密度達到450W·h/kg。
2022年開始，寶馬集團計劃將SolidPower研發(fā)的100Ah固態(tài)電芯用于固態(tài)電池車規(guī)級標準的測試及其和整車的集成。寶馬計劃在2025年前制造出一款搭載固態(tài)電池的原型車，并在2030年將技術應用于量產車。
福特的目標是在2022年底前投入運營，并計劃開發(fā)和制造鋰離子電池和固態(tài)電池。今年，寶馬和福特宣布向美國新創(chuàng)企業(yè)SolidPower擴大出資，以擴大其的生產能力，并將使SolidPower有望在10年內，量產供應電動汽車所需固態(tài)電池。
2021年3月，大眾集團公布了固態(tài)電池計劃。大眾集團與美國固態(tài)電池公司QuantumScape開展密切合作，不僅在2018年投資1億美元與其建立合資公司，還在2020年追加了2億美元投資。大眾集團預計2025年之后就可以銷售固態(tài)電池車型。
2021年4月，現代汽車在電話會議上宣布正在開發(fā)固態(tài)電池，并計劃在2030年將首批采用該技術的汽車投入批量生產。早在2018年，現代汽車就已經投資了SolidPower。2021年7月，據報道現代汽車公司向SolidEnergySystem(SES)投資1億美元，以確保下一代電池技術。
2021年10月，通用汽車在密歇根州沃倫設立威利斯電池創(chuàng)新中心，以加快鋰金屬和硅以及先進電池等新技術的開發(fā)。通用汽車目前擁有2000多項與電動汽車電池技術相關的專利，其中包括60項專利和商業(yè)秘密，以及46項未來電池發(fā)展重要領域的正在申請專利，如鋰金屬電解質、正極、負極和粘合劑。
聚焦固態(tài)電池技術，多方聯合推進
在電池研究方面，國內企業(yè)雖不及歐美、日本等國起步早，但是市場參與者眾多，院所、車企、電池企業(yè)等密切合作，也推進了固態(tài)電池裝車試驗進程。
11月9日，天津市捷威動力工業(yè)有限公司與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所共建的“固研先進電池聯合實驗室”，在蘇州產業(yè)園區(qū)正式成立并舉行簽約揭牌儀式。聯合實驗室將聚焦固態(tài)電池的關鍵技術研發(fā)、提升電池安全性能。此次也是雙方在已有“高比能電池安全性提升”合作基礎上的延伸和擴展，表明了捷威動力進一步加大前沿電池技術布局及加速技術創(chuàng)新的決心。
“基于原位固態(tài)化的高能量密度電池，將在明年年底實現2GWh的量產�！敝袊茖W院物理研究所研究員李泓，近期透露了衛(wèi)藍新能源的開發(fā)目標，”這款電池的單體能量密度可以達到350Wh/kg，支持1000公里的續(xù)航�！北M管李泓所說的即將批量裝車的“原位固態(tài)電池”仍是一款半固態(tài)電池，但其高安全性和高能量密度的屬性，依然讓業(yè)界對半固體電池這一介于液體鋰電和固態(tài)電池的過渡產品充滿了期待。
“不僅是衛(wèi)藍，還有幾家企業(yè)也都會在明年實現GWh級（半固態(tài)電池）的量產。”在行業(yè)人士看來，雖然明年或將成為半固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化的“元年”，但真正意義上的固態(tài)電池才是行業(yè)共同努力的方向，“如果中期時間內(10年左右)車用全固態(tài)電池技術將迎來突破性進展和快速發(fā)展期，那么其將成為電動汽車取代燃油汽車的制勝利器。”
此外，Sakuu公司的鋰金屬固態(tài)電池生產試驗線已經開始建設，將于2021年底前完成，投產后每年將能生產高達2.5兆瓦時的固態(tài)電池，大規(guī)模生產預計將在2022年進行；浦項科技大學創(chuàng)建了一種“無死區(qū)”聚合物電解質，從而加快離子傳輸速度，推進全固態(tài)電池商業(yè)化。
固態(tài)電池，后鋰電時代的必經之路
一場全球范圍內的全固態(tài)鋰二次電池技術競賽已經開啟，雖然固態(tài)電池仍未實現大規(guī)模商業(yè)化，但其作為“后鋰電時代的必經之路”已是行業(yè)共識。隨著全球加快固態(tài)電池的研發(fā)、各國政策支持與商業(yè)組織的投入，固態(tài)電池的發(fā)展呈現出下列趨勢：
（1）固態(tài)電池被列入多國戰(zhàn)略規(guī)劃后，2021年或將成為固態(tài)電池市場的培育期，相關的產品規(guī)劃和研發(fā)投入將加��；
（2）2022-2025年，企業(yè)致力于提升電池能量密度并逐漸向固態(tài)電池轉變，預計全固態(tài)鋰二次電池2023年前后開始進入終端市場，隨著循環(huán)性、倍率、高低溫、安全性等綜合技術指標的提升，逐步進入電動汽車市場，少部分高端動車上將搭載固態(tài)電池；
（3）2026-2030年，隨著量產及技術突破，固態(tài)電池能量密度達500Wh/kg。成本追上液態(tài)鋰電池，迎來市場成熟期，2030年前后全固態(tài)電池可能將較為普及。
小結：
隨著汽車四化深入發(fā)展，電氣化已經成為全球汽車發(fā)展的一個重要方向。汽車電氣化飛速發(fā)展的背景下，作為上游產業(yè)鏈的電池供應商們也迎來了水漲船高的利好市場。電池就像電動車的心臟，我們堅信固態(tài)電池將成為使新能源汽車更安全、性能更理想的關鍵技術。
參考來源：
中國經營報、電池聯盟、財聯社、蝸牛工場、高工鋰電、第一鋰電網等
中國粉體網粉體大數據研究：《中國固態(tài)電池產業(yè)發(fā)展研究報告2021~2022》
董昊旻，王軍雷等. 基于專利分析的豐田固態(tài)電池技術研究
杜莎. 固態(tài)電池步入“軍備競賽”階段，大規(guī)模量產仍待工藝與成本突破
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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