眾所周知，聚合物固態(tài)電解質將率先實現(xiàn)應用，但存在高成本和低電導率兩個致命問題。
新能源汽車漸成趨勢，動力電池的進展也吸引著越來越多的關注。日前，包括大眾、三星、寶馬、寧德時代在內的巨頭都在尋求固態(tài)電池領域的突破。
相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)電池能提供更好的續(xù)航能力和安全性，但目前而言，固態(tài)電池迫于技術和成本的雙重制約，距離產業(yè)化仍然需要很長時間。
光大證券認為，固態(tài)電池有望成為下一代高性能鋰電池。目前中國大部分的汽車廠商和新能源廠商也在參與固態(tài)電池的研發(fā)。
固態(tài)電池的不同技術路徑
2019年12月，工信部發(fā)布《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見稿)，在“實施電池技術突破行動”中，加快固態(tài)動力電池技術研發(fā)及產業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術攻關工程”。這意味著固態(tài)電池有望上升至國家戰(zhàn)略層面。
固態(tài)電池是以固體材料來代替現(xiàn)有鋰離子電池中使用的液體成分，固態(tài)電解質的厚度僅3~4微米，非常輕薄，不僅減小了體積，也降低了重量。
固態(tài)電池的技術發(fā)展采用逐步顛覆策略，液態(tài)電解質含量逐步下降，全固態(tài)電池是最終形態(tài)。依據(jù)電解質分類，鋰電池可分為液態(tài)、半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)四大類，其中半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)三種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。
不過，固態(tài)電池的技術路線目前仍有很大分歧。
固體電解質可大致分為三類：無機電解質、固態(tài)聚合物電解質、復合電解質。目前業(yè)內比較看好的材料包括固態(tài)聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等。
目前主流的聚合物固態(tài)電解質是聚環(huán)氧乙烷(PEO)電解質及其衍生材料。相比之下，氧化物固態(tài)電解質綜合性能好，進展最快。硫化物固態(tài)電解質電導率最高，研究難度最大，開發(fā)潛力最大，但如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。高能聚合物體系仍處于實驗室研究階段，LiPON薄膜型全固態(tài)電池已小批量生產，非薄膜型已嘗試打開消費電子市場。
近年來多家中國企業(yè)建立氧化物固態(tài)電池生產線。
蘇州清陶新能源在江蘇昆山建成投產的固態(tài)鋰電池生產線，單體能量密度達400Wh/kg以上，擬于2020年進入動力電池應用領域。
輝能科技與南都電源合作建立的國內首條1GWh規(guī)模的固態(tài)電池生產線也將于2020年建成，公司今年4月剛完成D輪融資，用于加速固態(tài)電池商業(yè)化落地和工廠建設，輝能在氧化物固態(tài)電池方面取得了一定的成果。
日韓和歐洲企業(yè)則投入了大量資金進行硫化物固態(tài)電解質的研究。
2020年日本豐田計劃推出搭載硫化物固態(tài)電池的新能源汽車，計劃于2022年實現(xiàn)量產。十幾年前豐田已開展固態(tài)電池研發(fā)工作，不僅獲得了固態(tài)電解質材料、固態(tài)電池的制造技術等方面的專利，還研發(fā)了一整套的正極材料和硫化物固態(tài)電解質材料回收的技術路線和回收工序。三星和寶馬也都在研發(fā)硫化物固態(tài)電池的技術。中國的寧德時代(300750.SZ)也在這一方向上發(fā)力。
全固態(tài)電池商業(yè)化還要5~10年
今年3月初，三星高等研究院(SAIT)與三星日本研究中心(SRJ)在《自然-能源》介紹了其在固態(tài)電池領域的最新進展，稱已經開發(fā)出一種高性能全固態(tài)電池。這種電池的循環(huán)壽命超過1000次，可以讓電動汽車在單次充電的情況下行駛800公里。
豐田也在聯(lián)手松下開發(fā)固態(tài)電池領域技術;寶馬于2017年開始牽手Soild Power開發(fā)固態(tài)電池，福特和三星也于去年投資了Solid Power;大眾也表示將在歐洲建廠生產固態(tài)電池，有望在2024~2025年間實現(xiàn)量產。
另一家瞄準動力電池市場的是戴森。戴森創(chuàng)始人詹姆斯·戴森表示，向其他車企出售固態(tài)電池是一個進入汽車行業(yè)的選項。
光大證券稱，固態(tài)電池領域已經進入“軍備競賽”階段，各企業(yè)期望搶占先機以贏得市場份額。固態(tài)電池領域市場參與者眾多，車企、電池企業(yè)、投資機構、科研機構等在資本、技術、人才三方面進行博弈。隨著越來越多的企業(yè)加入，固態(tài)電池產業(yè)化進程不斷加速，按照目前的發(fā)展情況，2021~2025年固態(tài)電池將實現(xiàn)初步應用。
不過全固態(tài)電池的商業(yè)化還需要很長時間。去年底，寧德時代一位電池開發(fā)負責人曾表示，全固態(tài)電池實現(xiàn)商品化要到2030年以后。
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