瞄准下一代新技术 固态电池全球角力

提起固态电池,业内人士早已不再陌生。在电动汽车浪潮蓬勃兴起的今天,继液态锂离子电池大规模应用后,固态电池成为行业关注的热点,被视作下一代动力电池尖端技术。其中,汽车制造商和电池供应商的态度最为积极,走在研发和测试的前端,甚至纷纷公布了量产时间表。最近的一个例子,莫过于不久前大众汽车集团的表态。

为了进一步明确汽车行业在固态电池领域的布局和进展,记者梳理了主流企业的相关信息。与锂电池的中、日、韩“三国杀”不同,固态电池的竞争呈现出全球角力的态势。

英国 戴森

2015年,英国家电巨头戴森宣布收购美国密歇根州的新型固态电池初创公司Sakti3。Sakti3一直致力于专业研发、制造高性能固态锂离子电池。

法国 博洛雷

博洛雷2900辆投入使用的电动汽车Bluecar,配装子公司Batscap生产的30kWh金属锂聚合物电池,该款动力电池采用Li-PEO-LFP材料体系。

德国 大众

今年8月初,大众汽车集团CEO迪斯在沃尔夫斯堡举行的一次新闻发布会上表示,其合作伙伴QuantumScape正在研发能让电动汽车更便宜、续驶里程更长的技术,双方计划未来几年合作生产电池。据了解,QuantumScape是一家初创公司,今年6月得到了大众集团1亿美元的投资,其试制的固态电池已在电动汽车上完成测试。大众集团还计划与QuantumScape成立一家合资公司,目标是到2025年建立固态电池生产线。

大众集团方面表示,如果使用新开发的固态电池,该公司e-Golf的续驶里程可以从现有的300公里增至约750公里。“固态电池的商业化应用将成为电动汽车的一个转折点。”大众集团研发负责人阿克塞尔·海因里希说,“通过将大众集团丰富的产品开发经验与QuantumScape的技术相结合,我们希望加快固态电池的商业化速度,向着零排放的下一代移动工具不断前进。”

去年9月,大众集团公布了电动汽车大规模发展计划“RoadmapE”,提出到2030年大众集团全部车型都将有电动版。一旦其固态电池大规模应用,大众集团的电动汽车计划势必获得不小的助力。

德国 宝马

与所有竞争对手一样,宝马对固态电池同样充满了兴趣。去年12月,宝马宣布与电池技术公司Solid Power建立新的合作伙伴关系,双方将联手开发电动汽车专用的固态电池技术,并且包括后续的商业化进程。宝马希望固态电池可以将电动汽车性能提升到全新的水平,计划2026年投产固态电池。

Solid Power是美国科罗拉多州的一家初创公司,成立于2012年。Solid Power之前宣称其在固态电池技术方面迎来突破,这家公司在锂电池中混合了高容量的金属锂负极,并打造出一种新的固态电池,在重量相同的情况下电量为传统锂电池的2～3倍。“公司成立以来,Solid Power团队一直致力于开发和推广具有竞争力的固态电池。与宝马的合作进一步证实了固态电池创新将进一步改善电动汽车。”Solid Power创始人兼CEO道格·坎贝尔表示。

德国 大陆集团

去年11月,德国零部件巨头大陆集团CEO埃尔马·根哈特对外透露,他们正在考虑加大对创新型电池的生产投资。根哈特补充道,大陆要投资的并不是目前正在使用的锂离子电池,而是预计在2024年或2025年投入生产的新一代固态电池技术。

大陆集团此前宣布,计划2021年前投资3亿欧元,以支持未来十年电动汽车技术的研发,其中包括电池新技术。今年7月,大陆集团宣布一拆三,分为三大板块:动力总成、汽车和橡胶,并形成三个独立的控股公司。其中,动力总成公司业务包括电驱动、内燃机相关、电池项目。

中国 上汽

2016年,美国材料科技公司Solid Energy宣布,其获得了来自中国上汽集团的B轮战略投资。

Solid Energy脱壳于美国麻省理工大学能源实验室。2013年,Solid Energy获得新加坡淡马锡旗下VC祥峰投资和上海乾洋共计450万美元的A轮投资。去年年底,Solid Energy获得3000万美元的C轮融资,具体资方不明。

中国 比亚迪

比亚迪2017年8月申请了一种全固态锂离子电池正极复合材料及固态锂离子电池发明专利。今年1月,比亚迪在互动平台表示,公司正在积极推进固态电池项目商用。

中国 宁德时代

在我国,已经有不少科研机构和相关企业在固态电池上下了大功夫,并取得了阶段性成果,例如:中科院化学所、中科院宁波材料所、中科院青岛生物能源所、中科院上海硅酸盐研究所、中科院物理所、万向集团、宁德时代、比亚迪等。

中国工程院院士陈立泉曾明确表示:“能量密度要进一步提高,必须从现在开始考虑全固态锂电池。”中国电动汽车百人会理事长陈清泰也认为,从下一步发展来看,应该关注固态电池。

以最近风头正猛的宁德时代为例,该公司主要在聚合物和硫化物基固态电池方向分别开展了相关的研发工作。其中,聚合物固态锂金属电池方面,宁德时代设计制作了容量为325毫安时的聚合物电芯,循环300圈以上,容量保持率达到82%。

不过,宁德时代董事长曾毓群坦言,公司在固态电池领域的研发投入已有几年,取得了一定的成绩,但距离商业化的时间仍比较长。

中国 赣锋锂业

今年5月,赣锋锂业对外表示,目前正在对固态电池产品进行广泛的试验工作,并在宁波设立了研发中心及试验生产线,以加快公司固态锂电池技术的商业化。目前该公司固态锂电池产品处于试验阶段,已通过多项第三方安全测试。

中国 万向

去年9月,万向旗下的A123系统公司投资了Solid Power。今年2月,万向宣布,A123系统公司对美国离子材料公司进行了投资。该公司系一家新材料科技公司,其研发出的特殊聚合物电解质,可将新型固态电池性能提高到全新水平。

中国 清陶

清陶(昆山)能源发展有限公司(简称“清陶发展”)是清华大学南策文院士团队投资创办的一家专注于顶尖新能源材料技术“产-学-研”发展转化的高科技企业。该公司官网显示,其围绕全固态锂电池开发有丰富的技术经验,形成了一系列自有知识产权技术,目前已突破核心技术全固态电解质材料(LLTO、LLZO)生产技术,可通过流延成型、薄膜制备等多种方法制备出全固态电解质膜,替代传统锂电池中的液态电解质材料。2017年,清陶发展以实现全固态锂电池的产业化为工作重点,从材料、器件、装备多维度开展联合攻关,已推出可量产化的全固态锂电池,能量密度达350Wh/kg。

韩国 现代汽车

现代汽车也加入了固态电池的竞争。去年4月,《韩国先驱报》透露,现代汽车正通过其南阳研发中心旗下的电池研发团队进行固态电池的研发,已达到一定的技术水平。

今年7月,现代汽车宣布投资IonicMaterials公司。据了解,该公司位于美国马萨诸塞州,研发的是一种固态碱性电池,相比于锂离子电池,它的成本更低,同时稳定性更好。官方宣称,就算子弹打入电池表面,电池仍能正常工作。

Ionic Materials专注于制造一种全新的聚合物来取代当今锂离子电池中的液态电解质。据外媒报道,Ionic Materials的研究人员声称已取得三大突破,首先他们断言,锂离子在聚合物中的移动比在常规液态电解质中还要快,这基本上与既有物理认知相反,理论上离子应该更不容易通过固体,如果这项研究是事实,将在固态电池领域带来重大革新。其次,Ionic Materials表示,其材料工作电压高达5V。最后,固态电池研究中大多数材料约在60°C温度下运行,但他们的材料能在室温环境下工作。

除了现代汽车外,Ionic Materials公司的“金主”可不少。今年2月,Ionic Materials公司宣布完成了6500万美元的C轮融资,而投资者包括韩国三星、英国戴森以及雷诺-日产-三菱联盟。

韩国 三星SDI、LG化学

韩国方面,三星SDI、LG化学等正在加快固态电池的研发。在去年和今年的北美车展上,三星SDI均展出了固态电池。三星SDI的一位高管去年曾表示,大概在两年内生产固态电池,届时可能会首先应用于智能手机,安全性充分得到测试之后,2025年左右会应用在汽车上。

另外,LG化学也在加快研究固态电池技术。根据三星SDI的说法,LG化学和三星SDI的固态电池研发技术处于同等水平。

日本 日立造船

今年7月底,日立造船公司社长谷所敬对外阐述了公司的固态电池发展计划。据他介绍,日立造船计划最早年内在宇宙空间领域使得固态电池进入实用化阶段,至于面向汽车领域的量产,则为2026～2029年。

“首先将固态电池用于宇宙空间等特殊领域,作为生产的突破口,之后与本田等车企合作,未来面向电动汽车量产固态电池。相关路线图已经制定出来。”谷所敬说。他认为,固态电池未来将是公司新的利润来源。

注:今年6月,日本国立研究机构——新能源产业技术综合开发机构(NEDO)宣布启动第二阶段固态锂离子电池研发项目,并为此斥资100亿日元(约合人民币5.9亿元),成员包括丰田、本田、日产、松下、GS汤浅、三井化学、旭化成、东丽等23家整车及电池、材料厂商,另外还有15家大学及公共研究机构。

日本 丰田

作为大众汽车集团的最大竞争对手,丰田对固态电池的研究也已持续数年。去年10月,丰田宣布投入200余人加快对这项技术的研发。同年12月,丰田与松下联合对外宣布,双方正探讨在方形车载电池方面展开合作,并欲联合开发固态电池,以通过先进的电池技术促进电动汽车的普及。

目前,丰田可使固态电池的功率密度提高到约2.5 kW/L,能量密度约为400Wh/kg。据丰田电池生产技术开发部主管岩濑正宜介绍,固态电池的能量密度至少能达到现有液态锂离子电池的2倍以上,并有望大幅降低快速充电时间。与燃油车相比,现有电动汽车普及的主要障碍在于车价高、续驶里程短、充电时间长,而固态电池有助于改善后两者。

岩濑正宜表示,目前丰田正在加快研发,以超越液态锂离子电池为前提,以实现固态电池的商业化为目标,预计2025年前可实现固态电池的小批量生产,之后的目标是掌握大批量生产固态电池的技术。

日本 雷诺-日产-三菱联盟

雷诺-日产-三菱联盟也没有忽视固态电池这支潜力股。今年3月,雷诺集团电动汽车业务负责人吉勒斯·诺曼德透露,雷诺-日产-三菱联盟正致力于固态电池技术的研发。诺曼德认为,固态电池是汽车业的新希望,主要应用于长续驶的电动汽车,“这项技术在成本、密度和热稳定性方面都较目前的锂离子电池有巨大优势。”他补充说:“虽然还有许多挑战,但我们取得了非常好的进展,目标是在2030年之前将其推向市场,如果可能的话,2025年。”

今年1月,雷诺-日产-三菱联盟宣布,设立名为“联盟风投”的企业风投基金,未来五年为创业公司提供高达10亿美元的投资。雷诺和日产分别注资40%,三菱注资20%。第一笔投资给予Ionic Materials,该公司主要开发固态碱性电池。

美国 通用

2016年,美国材料科技公司Solid Energy获得了通用汽车、上汽集团和Applied Materials合投的1200万美元B轮融资。

美国 菲斯科

去年年底,菲斯科宣布该公司已经申请了固态锂电池专利,并预计在2023年实现批量生产。

编后:除汽车制造商及电池生产企业外,三菱瓦斯化学、东丽、住友化学等材料厂商也看好固态电池的市场前景,正在加速相关材料的研发。三菱瓦斯化学的目标是,2020年前开发出用于固态电池的固态电解质,以尽快将新一代电池材料推向市场。可以说,固态电池已成为企业普遍看好的下一代电池技术,当然,研发及实现量产的难度也不低。

为此,除了自身研发外,不少企业选择合作,汽车厂商与电池厂商合作,与初创公司合作,与材料厂商及科研机构的合作屡见不鲜。一旦能量密度大增的固态电池实现商业化应用,对于电动汽车发展所起到的促进作用不言而喻。