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电源,新能源相关技术文章固态电池战激烈：日系一马当先，韩系开始抱团，德系加入竞争
围绕固态电池这项前瞻技术的研发“军备竞赛”似乎一直都没有停下来，而是有加速趋势，包括丰田、大众集团、三星、宝马、宁德时代等在内的巨头都在寻求固态电池领域的突破。近日，丰田汽车动力总成公司执行副总裁兼电池业务总经理海田启司透露：“丰田希望能在2025年前量产固态电池。”不久前，大众集团向美国固态电池初创公司Quantum Scape增资2亿美元，以进一步开发固态电池。
■日系一马当先推出原型产品
如果疫情不曾暴发，如果东京奥运会不曾推迟，也许我们现在已经能看到搭载固态电池的丰田电动汽车了。在去年10月东京车展开幕前夕，丰田首席技术官寺岛茂树曾透露，丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池的电动车型，并于2025年实现量产。
而今，由于疫情冲击，东京奥运会延期到了2021年。不过，据知情人士透露，丰田仍在积极研发固态电池，并如期推出了原型产品，已在概念车上搭载。至于原型产品何时公开亮相，由于东京奥运会的开幕时间尚未敲定，目前无法准确预告其亮相时间。
与现有三元锂电池相比，固态电池拥有诸多优势，被视作下一代动力电池的发展方向之一。据海田启司透露，丰田的固态电池原型产品充满电仅需15分钟，比现有锂电池充电速度快得多；寿命方面，丰田所生产的固态电池有望使用30年之后，仍可保持90％以上的性能。能量密度方面，根据丰田的规划，到2025年将把固态电池能量密度提升到现有锂电池的2倍以上，预计可达到450Wh/kg，届时搭载固态电池的电动汽车续航里程将大幅提升，可与燃油车相媲美。另外，固态电池用固态电解质取代液态电解质，预计将比现在电池更轻、更持久、更安全，最终也会更便宜。
丰田并不是单打独斗。在固态电池领域，丰田的合作伙伴是松下，双方成立的合资公司——泰星能源解决方案有限公司已于今年4月投入运营，该公司业务范围包括研发大容量锂电池、固态电池，以及下一代电池的开发、制造与销售。
此外，在固态电池领域，日本的车企、科研机构、电池和材料企业等喜欢抱团共同参与研究。早在2018年夏季，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）启动了固态电池开发项目，参与方包括丰田、日产、本田等汽车厂商，松下、GS汤浅等电池企业，以及东丽、旭化成、三井化学、三菱化学等材料厂商。
■韩系开始抱团现代联手三星
在全球动力电池市场，韩国电池三巨头——LG化学、三星SDI和SK Innovation占有举足轻重的地位。近一段时间以来，现代汽车集团首席副会长、实际掌门人郑义宣先后与三星电子副会长、三星集团实际掌门人李在镕，LG集团会长具光谟，以及SK集团会长崔泰源会晤，探讨动力电池合作及供应事宜。
目前，在韩国，现代汽车集团大部分动力电池供应来自LG化学，还有一部分来自SK Innovation。虽然三星SDI尚未与现代汽车集团建立起电池供应关系，但在上述三家电池厂商中，郑义宣最先参观的就是三星SDI的电池工厂，原因可能就在于三星掌握着重要的筹码，即固态电池。
今年3月，三星高等研究院和三星日本研究所联合公布了固态电池最新进展。据介绍，该团队研发出一种高性能的银碳基全固态电池，单次充电可提供800公里续航，循环次数高达1000次。这种高性能且长效的全固态电池，相对于锂电池而言，能量密度更高，可达900Wh/L，从而可以带来更大的存储容量，并且更安全。
对于现代汽车集团这样的整车厂商来说，LG化学和SK Innovation可以满足其当前的动力电池需求，而三星拥有的固态电池技术无疑代表着下一代动力电池的重要方向。在会面时，以郑义宣为代表的现代汽车集团高管听取了三星高管关于全球动力电池技术动向、三星固态电池研发进展情况的介绍，韩国汽车业界猜测双方未来可能在固态电池领域展开合作。
■德系加入竞争热捧初创企业
在汽车行业的电动化浪潮中，动力电池作为关键部件可以说是起着决定性作用。因此，除了电池厂商外，整车厂商也希望能掌握动力电池技术的主动权，而投资初创公司成为重要手段之一。
今年6月，大众集团宣布将再一次追加对电池初创企业Quantum Scape的投资，此次投资额为2亿美元。这并非大众集团的首次出资。早在2014年，大众集团就收购了这家公司5％的股份，但并未透露交易金额。2018年，大众集团出资1亿美元，与Quantum Scape成立合资公司，并派遣人员参与到技术开发中。Quantum Scape是美国斯坦福大学前研究人员于2010年在加州圣何塞市成立的公司，主要从事固态电池研发工作。从这前后三次出资，可以看出大众集团对于这家公司以及固态电池技术的看好。
针对最新的这笔投资，大众集团零部件管理委员会主席托马斯·施玛尔表示：“我们正与合作伙伴Quantum Scape在固态电池技术方面取得进步，此次投资将进一步推进我们在全固态电池领域的研发。”
大众集团曾表示，固态电池能使高尔夫纯电动版的续驶里程从300公里提升至750公里。对于固态电池的量产时间节点，大众集团的预估与丰田类似，其目标是与Quantum Scape在2025年建成一条固态电池生产线，而工厂建设计划将在今年年内敲定。
彭博社NEF公司能源存储主管詹姆斯·弗里斯表示，2025年左右是固态电池广泛商业化的一个现实的时间节点，且从能源技术的角度来看，并不是很遥远。“坦白说，美国很多初创公司都在从事这方面的研究。”他说。
Solid Power是一家位于美国科罗拉多州的固态电池初创公司，也是热门的投资对象。早在2017年9月，美国电池制造商A123公司宣布对Solid Power进行投资，以研发世界一流的电池技术。2017年12月，宝马宣布与Solid Power合作，共同研发固态电池技术。此后，Solid Power完成了包括多家车企领投的A轮和B轮融资。
Solid Power首席执行官道格·坎贝尔指出，目前市场上的三元锂电池能量密度已经逐渐接近理论极限，而固态电池技术可能是提高能量密度最直接的途径。在他看来，固态电池将是后锂离子时代的主导科技，并将成为电动汽车、电子产品以及医疗装备行业的规则改变者。
■商业化落地难多重瓶颈待破
在中国，去年12月，工信部发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），在“实施电池技术突破行动”中，加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。这意味着固态电池有望上升至国家战略层面。另外，宁德时代、比亚迪、国轩高科、辉能科技、赣锋锂业等一批厂商正在参与固态电池的研发。光大证券在不久前发布的一份报告中指出，固态电池将成为抢占下一代锂电技术的制高点，而当前固态电池领域进入“军备竞赛”阶段，国内外各企业期望抢占先机以赢得市场份额。
在稳步推进研发的同时，业内人士对于固态电池的商业化障碍也有着清醒的认识。光大证券指出，固态电池的工艺路线尚不成熟，降本仍是一个漫长的过程，全面产业化预计需要5～10年。
海田启司坦言，受限于耐久性和安全性，丰田的工程师们尚未能真正发掘出固态电池能量密度大幅提升的潜力，目前正在调整电池的阳极和其他材料构成。丰田倾向于使用硫基电解质，因为这种电解质似乎能更有效地促进锂离子在电极之间的转移，而丰田面临的挑战是开发一种既能紧密压缩又能保持弹性的电解质。
另外，生产方面，固态电池必须在超干燥的环境中生产，目前丰田的固态电池是在一个名为“手套箱”的透明盒子中生产的，工人们通过紧密嵌在盒子上的橡胶手套将手伸入其中，“这一过程缓慢、笨拙，不适合大规模生产。”海田启司还说，固态电池要想与内燃机系统相抗衡，成本必须低于100美元/kWh。
海田启司表示，和很多前瞻性技术一样，固态电池的商业化还面临着各种阻碍，现在讨论固态电池的上市时间还太早。不过，丰田希望能在2025年实现小批量生产。事实上，今年年初，丰田先进材料技术部首席专业工程师中西真二在介绍固态电池研究项目时也表态称，虽然固态电池还处于研究阶段，但生产技术某种程度上也在同步推进，即使距离真正的量产还有一些距离，但丰田的相关研发工作正在稳步推进。
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