鉅大LARGE | 點擊量：631次 | 2022年01月20日
充電鋰電池"終結(jié)者"再突破，固態(tài)電池搶占制高點
據(jù)媒體十一月二十七日報道，澳大利亞迪肯大學的研究人員表示，他們已經(jīng)設法使用常見的工業(yè)聚合物來制造固體電解質(zhì)，有望使鋰離子電池的能量密度新增一倍，這種固態(tài)鋰離子電池在過熱時不會爆炸或著火。目前團隊已經(jīng)在紐扣電池中進行了測試，他們將尋找商業(yè)伙伴將這些固態(tài)電池推向市場。
這項新技術(shù)使用了一種弱結(jié)合到鋰離子的固態(tài)聚合物材料，來代替通常用作當前電池單元電解質(zhì)的揮發(fā)性液體溶劑。
據(jù)該團隊陳芳芳博士在新聞稿中表示："假如行業(yè)采用我們的技術(shù)，我可以預見道這樣一個未來，例如，可以將電池相關(guān)設備安全地裝在飛機行李中，或者電動汽車不會像現(xiàn)在這樣對乘員或急救人員構(gòu)成火災危險。"
近年來，動力鋰電池作為電動汽車的"心臟"一直備受關(guān)注。隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展，當前全球多家巨無霸車企關(guān)于固態(tài)電池都在投入重金競相研發(fā)。固態(tài)電池和傳統(tǒng)鋰離子電池相比具有更高的能量密度，同時擁有更大的功率和更長的使用時間，是下一代鋰離子電池發(fā)展的大趨勢。
隨著全球知名公司和研究機構(gòu)的研公布局，預計2030年全球固態(tài)電池需求有望接近500GWh。參考SNEresearch的動力鋰電池出貨量預測，若固態(tài)電池能在2022年實現(xiàn)市場化并逐步提升滲透，到2025年固態(tài)電池在動力鋰電池中的市場空間大約能達到60億元左右。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從早期的鉛酸電池，到豐田等日企主打的鎳氫電池，再到2008年TSLAroaster使用的鋰離子電池，傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池已統(tǒng)治動力鋰電池市場十年。未來，能量和安全需求和傳統(tǒng)鋰電技術(shù)的矛盾將越來越凸顯。
再從Fisker宣稱開發(fā)充電1分鐘行駛500公里的固態(tài)電池，到寶馬已和Solidpower進行合作開發(fā)下一代電動汽車用固態(tài)電池，再到豐田又宣稱將在2025年前實現(xiàn)全固態(tài)電池的實用化。作為下一代電池技術(shù)的代表，固態(tài)電池日益引發(fā)市場高度關(guān)注，引發(fā)全球范圍的公司進行提前卡位。
固態(tài)電池是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。固態(tài)面對的挑戰(zhàn)重要包括降低成本，提高固體電解質(zhì)的安全性，以及在充電和放電時保持電極和電解質(zhì)之間的接觸。
和傳統(tǒng)鋰離子電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點是安全性。固態(tài)電池具有不可燃、耐高溫、無腐蝕、不揮發(fā)的特性，防止了傳統(tǒng)鋰離子電池中的電解液泄露、電極短路等現(xiàn)象，降低了電池組關(guān)于溫度的敏感性，根除安全隱患。
相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池來講，由于固態(tài)電解質(zhì)取代了傳統(tǒng)鋰離子電池中可能燃爆的有機電解液，這樣解決了高能量密度和高安全性能兩大難題，在相同能量下用固態(tài)電解質(zhì)取代電解液的電池，更薄且體積更小。
許多問題很難在鋰離子電池現(xiàn)有技術(shù)的參數(shù)范圍內(nèi)得到解決：(1)安全性和可靠性；(2)能量密度；(3)運行環(huán)境溫度；(4)充電速度。固態(tài)電池作為下一代很有前途的技術(shù)，很有可能解決這些問題，而且其性能的提高也很明顯。
目前全固態(tài)電池尚處在研發(fā)早期，研發(fā)方向重要包括聚合物、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質(zhì)的典型技術(shù)開發(fā)方向。三大體系各有優(yōu)勢，其中聚合物電解質(zhì)屬于有機電解質(zhì)，氧化物和硫化物屬于無機陶瓷電解質(zhì)。
其中，聚合物固態(tài)鋰金屬電池的開發(fā)重要以Bolloré、CATL和東北師大為代表；氧化物鋰金屬固態(tài)電池的開發(fā)重要以美國橡樹嶺國家實驗室，QuantumScape，Sakti3以及中科院等為代表；硫化物固態(tài)電池的開發(fā)重要以豐田、三星、本田以及CATL為代表，其中以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先。
關(guān)于全固態(tài)鋰離子電池來說，當前階段最大的需求來自于汽車產(chǎn)業(yè)，隨著新能源汽車的鋪開提上日程，各大車企紛紛布局全固態(tài)鋰離子電池，期待3-5年后開始全固態(tài)鋰離子電池的商業(yè)化生產(chǎn)。除此之外，消費電子、智能家居和等領(lǐng)域也存在一定的全固態(tài)鋰離子電池需求。
全固態(tài)電池有望成為下一代商業(yè)化動力鋰電池，募投項目中下一代電池研發(fā)方向包括氫燃料動力電池、鋰空氣電池和全固態(tài)電池，其中全固態(tài)電池最有望成為下一代商業(yè)化動力鋰電池。
目前全球供應商、材料公司、電池公司都在大力推進固態(tài)電池的研發(fā)。
縱覽全球固態(tài)電池公司，有初創(chuàng)公司，也不乏國際廠商，公司之間獨踞山頭信仰不同的電解質(zhì)體系，未出現(xiàn)技術(shù)流動或融合的態(tài)勢。
歐美公司偏好氧化物和聚合物體系，而日韓公司則更多致力于解決硫化物體系的產(chǎn)業(yè)化難題，其中以豐田、三星等巨頭為代表。
固態(tài)電池領(lǐng)域的第一集團軍，日本擁有固態(tài)電池專利916件，占比接近一半，領(lǐng)先優(yōu)勢明顯；美國和我國分別以398件和362件的專利數(shù)位居第二、第三。
在全固態(tài)電池專利方面，日本具有明顯的優(yōu)勢，豐田擁有固態(tài)電池專利252件，數(shù)量遠超其他車企和電池公司。
豐田汽車2010年，推出硫化物固態(tài)電池；2014年，原型固態(tài)電池能量密度已達400Wh/kg；2018年，日本投資100億日元，豐田、本田、日產(chǎn)、松下，京都大學、日本理化學研究所等參和研究，計劃2022年掌握全固態(tài)電池技術(shù)；2019年，和松下合資，為550多萬輛電動汽車供電池，豐田51%股份。
固態(tài)鋰離子電池前20位專利申請人中，日本公司占11家，其中豐田申請量最多，達1709件，是第二位松下的2.2倍。排名前10均為日韓公司，其中日本8家，韓國2家。
日本的豐田汽車、本田研發(fā)、日產(chǎn)汽車和雅馬哈汽車甚至組織成立LIBTEC，計劃共同開發(fā)固態(tài)電池的基礎(chǔ)技術(shù)。LIBTEC固態(tài)電池的開發(fā)目標包括：體積能量密度達600Wh/L，成本達600元/kWh，快速充電時間為10分鐘。
豐田汽車和松下的聯(lián)盟（豐田有近300名工程師參和研發(fā)固態(tài)電池），該聯(lián)盟表示將在五年內(nèi)將固態(tài)電池商業(yè)化。豐田和NEDO所制定的全固態(tài)電池的商業(yè)化普及方法，首先使用現(xiàn)有LIB的正負極材料開發(fā)全固態(tài)電池（第一代電芯）。
之后再使用新的正負極材料以期進一步提高能量密度（下一代電芯），預計2022年豐田汽車生產(chǎn)固態(tài)電動汽車的樣車，2025年在部分車型中使用固態(tài)電池。2030年實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)應用，能量密度可達500Wh/kg。
隨著固態(tài)電池技術(shù)方面取得新突破，固態(tài)電池的落地進程將再進一步。
從海外各家公司實驗和中試產(chǎn)品來看，固態(tài)電池能量密度優(yōu)勢已開始凸顯，明顯超過現(xiàn)有鋰電水平。
在我國，固態(tài)鋰電的基礎(chǔ)研究起步較早，在"六五"和"七五"期間，中科院就將固態(tài)鋰電和快離子導體列為重點課題，此外，北京大學、我國電子科技集團天津18所等院所也立項進行了固態(tài)鋰電電解質(zhì)的研究，并在此領(lǐng)域取得了不錯的進展。
當前國內(nèi)已有上市公司布局固態(tài)電池相關(guān)業(yè)務，關(guān)于下一代電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用，已逐漸進入二級市場視野。國內(nèi)在進行固態(tài)鋰電開發(fā)的公司包括：CATL、贛鋒鋰業(yè)、珈偉股份、江蘇清陶能源、輝能、中航鋰電、比亞迪、萬向、威馬汽車等。
未來，隨著產(chǎn)業(yè)投入逐漸加大，產(chǎn)品性能提升的步伐也望加速。
回溯傳統(tǒng)鋰電成本曲線，14年時單位成本接近3元/Wh，而隨著產(chǎn)量迅速擴張，目前成本已降至1.2元Wh/kg左右。
固態(tài)電池作為一項顛覆性技術(shù)，技術(shù)一旦突圍成功，行業(yè)成長曲線料將獲指數(shù)級上升，工業(yè)化大批量生產(chǎn)將使成本問題迎刃而解，傳統(tǒng)鋰電的降本邏輯有望得到復制。
展望發(fā)展趨勢，固態(tài)電池階段發(fā)展之路已經(jīng)明晰。結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)階段電池體系包含部分液態(tài)電解質(zhì)以取長補短。而技術(shù)發(fā)展過程中將逐漸減少液體的使用，從半固態(tài)電池到準固態(tài)電池，最終邁向無液體的全固態(tài)電池。
應用領(lǐng)域上，有望率先發(fā)揮安全和柔性優(yōu)勢，應用于對成本敏感度較小的微電池領(lǐng)域，如RFID、植入式醫(yī)療設備、無線傳感器等；技術(shù)進步后，再逐漸向高端消費電池滲透；隨著產(chǎn)品的成熟，最終大規(guī)模踏入電動汽車和儲能市場，從高端品牌往下滲透，實現(xiàn)下游需求的全面爆發(fā)。
鋰電產(chǎn)業(yè)鏈是一個可以看至少10年的行業(yè)，而新技術(shù)的開發(fā)和崛起也將不斷強化行業(yè)的估值和前景。
在行業(yè)看好和多方布局之下，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)有望獲得超速發(fā)展。固態(tài)電池承載著電池安全和能量全面提升的光榮使命，未來有望成為行業(yè)的新爆發(fā)點和關(guān)鍵性技術(shù)保障，政策在逐漸褪去，市場正回歸理性，當新能源汽車回歸商品屬性時，還有技術(shù)在前方保駕護航。
