下一代动力电池的“风口”在哪？

【资料图】

围绕这个问题，不断有新的争论出现。在众多的争论中，呼声最高的莫过于“固态电池”。

前不久，据媒体报道称，到2030年，韩国将投资20万亿韩元（约1062亿人民币）生产世界上首批固态电池。

除此之外，上汽、宝马、日产、丰田等车企也纷纷透露固态电池的最新研发进度。

年初，宝马集团宣布将与美国初创公司Solid Power合作，在自己的电池制造中心采用全固态电池中试生产线；日本汽车制造商日产（Nissan）宣布，正在全力推出一款装载全固态电池的电动车。

最近，上汽集团拟通过嘉兴创颀创业投资合伙企业（有限合伙）与嘉兴颀骏一号股权投资合伙企业（有限合伙）向清陶能源追加投资不超过27亿元。 在此以前，上汽集团分别于2020年和2022年通过基金方式参与投资清陶能源。

“梦想电池”

不断有玩家加入到这场固态电池领域的“军备竞赛”当中，其中一个重要原因之一便是：液态电池在安全性和能量密度方面存在不可忽视的劣势。

液态电池的电解液溶剂具有易挥发、低闪点的特点，在较高温度下易燃易爆，且具有一定毒性。此外，液态电池的负极表面容易形成锂枝晶，刺穿隔膜造成正负极短路，导致电池起火。

并且，在能量密度方面，受重量、体积、安全性等因素限制，液态锂电池已接近能量密度天花板。

2019诺贝尔化学奖得主、“锂电池之父”Stanly Whittingham就曾说过，已经商业化的电池，其能量密度仅为理论上能量密度的一小部分。从体积能量密度来看，仅实现了理论密度的11%到25%。从重力能量密度来看，也仅为理论的25%。

反观固态电池，锂枝晶在固态电解质中生长缓慢且难刺透，极大降低了电池热失控风险，电池自燃或者爆炸的概率显著减小。

而从能量密度来看，固态电池允许适配高能正极与锂金属负极，目前固态电池的实验室数据已超过400Wh/kg，突破传统液态锂电池的能量密度天花板。因此，也被成为“梦想电池”。

固态电解质是固态电池的核心，根据所用固态电解质不同，目前业界对固态电池的研究主要集中在陶瓷（硫化物和氧化物）和聚合物类型上，而有些则结合了这两种材料。

欧美倾向选择开发难度相对较低、更易实现商业化的聚合物电解质，这也是最早实现固态电池装车测试的技术路线。

2011年法国公司 Bolloré 率先实现固态电池电动车的商业化应用，批量应用于自主开发的电动汽车 Bluecar 和 Bluebus。

中国则以氧化物为主。比如宁德时代NEO电池采用了氧化物固态电解质技术；卫蓝新能源则聚焦氧化物与聚合物电解质复合的混合固液和全固态锂电池；脱胎于清华大学南策文院士团队的清陶能源也主要聚焦在氧化物固态电解质和固态电池的开发。

硫化物作为理论上最适用于电动汽车领域的技术路线，开发难度最大，日韩企业更多研发这一体系。

根据从事专利调查和分析的调查机构Patent Result的数据显示，全固态电池相关专利排名前十的企业中，日本企业有6家，韩国企业占4家。其中，手握专利数最多的丰田自1990年便着手固态电池的研究，采用的技术路线就是具备高离子传导性的基于硫化物的固态电解质。据了解，三星SDI目前正在研发的也是陶瓷硫化物固态电池。

不断跳票的量产时间

虽然这些年，大众、QuantumScape、Solid Power、丰田、日产、松下等日系巨头，以及中国电池方面的很多企业，都纷纷加入了固态电池的战局。

但一个尴尬的现实是：固态电池的量产时间不断在推后就连手握固态电池最多专利数的丰田也不得不推迟其量产时间表。

2012年， 丰田在世界范围首发硫化物固态电池，随后又在2017年表示，将在 2020 年初开始生产固态电池，并给出了量产时间——2025年。但在2021年丰田改变了“2025年量产”的口风，并在当年的“2030年电池战略会”上表示，在全固态电池方面“进展不乐观”。

目前，丰田的计划是在2025 年正式推出配备固态电池的混合动力车。

去年年底，另一家固态电池厂商QuantumScape虽然将首批原型固态电池交付给汽车客户，但其创始人、CEO兼董事长Jagdeep Singh也坦言，“这批电池产品的可靠性方面仍有很大提升空间”。

宁德时代董事长曾毓群也曾表示：“固态电池有很多科学及技术的基础问题尚未解决，我们公司深耕十多年，仍然认为难以形成有技术可行性和市场竞争力的产品。”

固态电池之所以在全球迟迟无法推进，其中一大原因在于“固态电池的成本非常高”。

有市场机构预估，到2028年全固态电池的单价将降至160美元/kwh，但同期锂离子电池的生产成本预计是80美元/kwh。

不过，最近日产表示， 2028 年其全固态电池可以将电池组的价格降至每千瓦时 75 美元（约 477 元人民币），最终降至每千瓦时 65 美元（约 413.4 元人民币）。

另一个原因在于，固态电池在技术上仍然需要突破，比如固态电解质材料的锂离子电导率偏低、锂枝晶折断导致“死锂”情况等问题。

从企业的角度来说，发展固态电池则意味着要投巨资重建一整套的全新生产线，如果没有确定性发展前景的驱动，企业很难下决心推倒重来。

因此，在全固态技术未成熟之前，国内厂商选择了一个折中方案：半固态电池。

根据工信部公告显示，蔚来将有三款车开始使用半固态电池。

2月7日，赣锋锂业控股子公司赣锋锂电在其官方微信公众号上宣布，搭载赣锋锂电三元固液混合锂离子电池的纯电动SUV赛力斯-SERES-5规划于2023年上市。

岚图汽车在旗下首款轿车追光的发布会上也宣布，追光搭载82kWh电池包，将成为行业首个量产装车的半固态电池。

此外，清陶能源、国轩高科、孚能科技生产的半固态电池也于2022-2023年已经或计划上车。

不过，需要注意的是，半固态虽然名字上跟固态电池很相似，可实际上与液态锂离子电池关系更近，它仍需要电解液和隔膜。因此，外界也有评论认为，模糊“半固态”和“固态”之间的差别，是在炒概念，并不利于行业发展。

韩国想做“固态电池商业化第一国”

现在业界普遍认为，全固态电池至少需要5-10年才有望实现规模量产。根据EVTank的预测，至2030年全球固态电池渗透率为10%，需求达到276.8GWh。

为了抢下固态电池量产“第一棒”，不少国家开始针对固态电池提供专门的资金投资。

之前，欧洲就推出了《电池2030规划》及《2030电池创新路线图》，由欧盟多国共同出资32亿欧元用于发展固态电池。

前不久，据彭博社报道，到2030年，韩国将投资20万亿韩元（约1062亿人民币）生产世界上首批固态电池，计划使韩国成为世界上第一个将固态电池商业化的国家。

事实上，韩国一直期冀将动力电池打造成第二个“半导体奇迹”。

早在2021年就公布了“K-电池发展战略（K-Battery Development Strategy）”，旨在使韩国成为下一个二次电池产业的世界领先者。为配合“K-电池发展战略”，韩国三大电池生产企业宣布计划到2030年，对该产业投资40万亿韩元（约合2144亿元人民币）。

LG新能源、三星SDI和SK On，被称为韩国电池行业三巨头，分别是韩国三家知名集团（LG化学、三星集团、SK Innovaton）创立的新能源子公司。

根据研究机构SNE报告，2022年宁德时代动力电池市场销售额排名第一，占市场份额的28%，按出货量计算则占39%。韩国的三家公司紧随其后，LG新能源以12%排名第二，三星SDI以6%排名第四，SK On以5%排名第五。

在韩国国内三家电池公司中，三星SDI对固态电池的开发最为积极。 2020年3月，三星SDI推出了固态电池原型。根据当时的说法，这种电池预计可以行驶800公里，在电动汽车中可以循环使用1000次。

2022年3月，三星SDI宣布在位于京畿道水原市灵通区的SDI研究所内，开始建设了全固态电池试验线（S-line产线），并计划在2023年开始试生产，2027年开展大规模生产。

除三星外，SK On早在从母公司SK Innovation剥离之初便开始了在固态电池领域的布局。

2021年10月1日，SK Innovation 以 SK On 的名义剥离了其电池业务，同时其表示，将投资 3000 万美元收购美国固态电池公司 Solid Power 的股份。

紧接着，2022年1月，SK On又宣布与美国佐治亚理工学院的Seung-woo Lee教授合作开发下一代全固态电池。

今年年初SK on还表示，计划到2025年向其在大田广域市的电池研究所投资4700亿韩元，以扩大研究设施规模、建设新一代电池工厂以及建立全球质量控制中心。SK On称，新电池试验厂计划于明年上半年建成，届时将启动全固态电池材料的开发。目标是在2024年下半年开发出全固态原型电池，并在2028年实现商用化。

LG新能源则相对低调，不过在2020年12月份从LG化学分拆成立新公司的当日也曾表示，将加速全固态电池和锂硫电池等新一代电池技术的开发。

作为下一代锂电池的理想形态，固态电池的高人气可以理解。但是，一项先进技术的研发过程，绝不会是一路坦途。

就像中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在第二届世界动力电池大会云上宜宾高端论坛中所说的那样，“全固态电池技术虽然目前仍然面临着很多挑战，但仍然是我们值得去追求的目标。这个目标不是短期的，可以看作是面向2030年，值得创新的目标。”

（本文首发钛媒体App， 作者｜韩敬娴，编辑｜张敏）

关键词：