鉅大LARGE | 點擊量：731次 | 2022年08月12日
固態(tài)鋰電池行業(yè)之間的戰(zhàn)爭
2016年12月，英國學術期刊《EnergyandEnvironmentalScience》（《能源與環(huán)境科學》）刊發(fā)了一篇名為《Alternativestrategyforasaferechargeablebattery》（《安全充電電池的替代策略》）的論文。
論文稱，德州大學奧斯汀分?？瓶死谞柟W院的約翰·古迪納夫（JohnGoodenough）教授領導的團隊發(fā)明了一種快速充電的低成本全固態(tài)電池，解決了當前困擾電池行業(yè)的諸多痛點，具備不易燃燒、體積能量密度高、循環(huán)壽命長、充放電速度快等諸多優(yōu)點。例如這種電池在1200個充放循環(huán)之后只出現(xiàn)極小的損耗，并且能夠保證在60℃～﹣20℃的溫度區(qū)間正常工作。
此文一出，立刻在世界范圍內(nèi)的能源、化學、物理學界以及整個電池產(chǎn)業(yè)界引發(fā)了一場軒然大波。
原因有二：
1、該文的第四署名作者——古迪納夫教授的特殊身份：他是“鋰電池之父”，鋰充電電池的發(fā)明者，全球電池界的泰斗，被稱之為是當前整個科學界“高聳入云”級別的人物。這位今年95歲高齡的老教授至今活躍在教學和科研的第一線，作為電池領域內(nèi)的專家，其每個舉動都備受業(yè)內(nèi)關注；
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%
2、古迪納夫的研究成果竟然是錯誤的！其理論依據(jù)甚至違背了最基本的熱力學第一定律！但奇怪的是，所有業(yè)內(nèi)人士出于對古迪納夫的極度尊重，全部選擇揣著明白裝糊涂的態(tài)度，在心知肚明的情況下集體選擇了保持沉默。
沉默在一年之后被打破，美國普林斯頓大學的研究員DanielSteingart同樣在《能源與環(huán)境科學》發(fā)表了一篇名為《Commenton“Alternativestrategyforasaferechargeablebattery”》的文章，公開對老前輩的研究成果提出了質疑，并針鋒相對地提出古迪納夫提出的的反應機理是錯誤的，“從熱力學的角度這顯然是不可能發(fā)生的”。
出頭鳥一叫，換來學界一片叫好聲。古迪納夫老爺子在鋰電界的地位可以說無人能及，對此，老爺子只是淡淡的一句“我們沒有違背熱力學的第一定律”以示回應。
這位在1991年與索尼公司聯(lián)合開發(fā)出世界上第一個商用可充電鋰離子電池，推動了人類社會電子革命進程的老人終究在鮐背之年晚節(jié)不保。
據(jù)一位接近事實真相的人士向建約車評透露，一輩子淡泊名利的老爺子這次是被那篇備受爭議的論文的第一作者，M．H．Braga（一個來自葡萄牙的女學者）給忽悠和利用了。
以上所述的學術間的爭論，只是今天鋰電池產(chǎn)業(yè)的冰山一角。實際上，學術上的爭鋒，遠沒有商業(yè)現(xiàn)實中的戰(zhàn)爭精彩。
自誕生以來，被認為是和晶體管發(fā)明有著同等重要地位的可充電鋰電池產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員，在過去、現(xiàn)在和未來都一直面臨著兩大挑戰(zhàn)：安全和能量密度。
曾經(jīng)很多年時間里，鋰電池的主要應用領域都是消費類電子產(chǎn)品。不過這種情況從2013年開始發(fā)生逆轉，伴隨著全球范圍內(nèi)新能源汽車的迅速崛起，動力電池產(chǎn)業(yè)突然變得炙手可熱并充滿誘惑起來。
未來，新能源汽車將是鋰電池應用的最重要領域。
有分析預測，全球動力鋰電池市場將繼續(xù)迅猛增長，預計至2022年，總需求量和市場規(guī)模將分別達到54．9GWh和267億美元，未來十年年均復合增長率分別可以達到37．0％和31．6％。
在中國，僅2016年一年時間就賣出去了605億元的動力電池，2020年的這個數(shù)字將再×3。若以1．5元／wh的均價進行測算，未來5年我國新能源汽車動力電池市場規(guī)模將達3363億元。
《福布斯》預計20年后，全球動力電池市場的價值將達到2400億美元。
然而，在這一輪新能源汽車大潮中享盡紅利的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，卻逐漸顯露出難堪大任的尷尬。受制于現(xiàn)有體系架構和關鍵正極材料影響，現(xiàn)有體系的鋰電池的能量密度基本上很難突破300Wh／kg。其中磷酸鐵鋰電池單體能量密度以難超過140Wh／kg，規(guī)?；娜囯姵貑误w能量密度最多做到220Wh／kg，實驗室里的的上限是300Wh／kg。
未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要矛盾，將集中在人們對續(xù)航里程日益增長的美好向往與動力電池能量密度增長緩慢之間的矛盾。
在中國，政府將未來若干年內(nèi)動力電池的技術目標定在2020～202年要實現(xiàn)單體能量密度300Wh／kg～400Wh／kg。顯然，不論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電，都難堪此大任。
在美國，美國能源部專門成立了新一代電池的研發(fā)組織——能源存儲聯(lián)合研究中心（JCESR）。JCESR雄心壯志地表示，“將像曼哈頓計劃那樣，集中投入人才和資金，在5年內(nèi)開發(fā)出能量密度達到5倍、價格降至1／5的蓄電池”。
傳統(tǒng)的鋰電池技術（磷酸鐵鋰和三元）受制于液態(tài)電解質，難以兼容金屬鋰負極和新研發(fā)的高電勢正極材料，從而使能量密度的上升存在瓶頸。在安全方面還會造成短路引燃、離子濃度差增大電池內(nèi)阻、電極材料持續(xù)消耗等問題。
所以在這個時候，作為“下一代鋰電池技術”，固態(tài)電池以其天生具有的高離子電導率和機械強度、寬電化學窗口和工作溫度區(qū)間，成為人們夢寐以求的能量密度高、循環(huán)性強、安全性高、充電時間短的理想對象。
進入視線的固態(tài)電池雖然看似比較靠譜，但卻還存在著許多難以攻克的技術難題，距離其大規(guī)模量產(chǎn)也還需要一段時間。
但這依舊難以撲滅全球上百家各式機構瘋狂進軍固態(tài)電池的熱情。在這些機構中，既包括傳統(tǒng)汽車巨頭、新進造車公司，汽車零部件巨頭，電池生產(chǎn)企業(yè)和上游原料商，還有有著學術背景的科研院校，有著政府背景的研究所，甚至是軍方資助的神秘機構。
不管怎樣，全球數(shù)百上千位物理學、化學、電學的專家學者，在成千萬上億美金的研發(fā)資金的支撐下，圍繞著固態(tài)電池這一戰(zhàn)略制高點，從技術研發(fā)到商業(yè)量產(chǎn)，展開了一場爭奪戰(zhàn)。
日本
以豐田為首，日本在固態(tài)電池領域有著領先于世界的布局，包括本田、松下在內(nèi)的公司都宣稱將下一代電池研發(fā)的重點放在固態(tài)電池上。
但需要特別注意的是，因為日本島國的封閉性思維，他們不愿意分享自己的研究成果，而是選擇最大化自己技術路線的商業(yè)利益（例如燃料電池專利開放只有幾年的時間窗口，剛好夠其他國家和公司開發(fā)產(chǎn)品，等量產(chǎn)的時候他們就來收割）。
有了這方面的“歷史教訓”，中國一般都會選擇不會跟著日本的路線走，比如移動通信制式、HEV的技術路線等，我國都明顯表現(xiàn)出有意避開日本技術路線的意圖。
豐田：固態(tài)電池的狂熱擁躉
今年7月，日本媒體爆出一記重磅消息，豐田計劃在2022年推出固態(tài)電池量產(chǎn)汽車。隨后，一位豐田發(fā)言人表示，不會立即就此事發(fā)表評論。
5個月后的12月，豐田方面突然宣布：計劃在2020年推出10款電動車，并將下一代固態(tài)電池商業(yè)化。隨后，這一消息也在豐田負責材料工程的高管ShigekiSuzuki處得到證實：豐田將于2020年全面實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化。
這意味著，豐田又單方面將固態(tài)電池的商業(yè)化提前了2年。
這是相當大膽的行為，特別是發(fā)生在謹慎保守的豐田身上，則更加令人不可思議。
業(yè)內(nèi)人士分析，以豐田以往的性格，如果其看好固態(tài)電池路線，基本上就意味著豐田已經(jīng)攻克了這條技術路線中的絕大多數(shù)難題，比較有把握量產(chǎn)了。
實際上，至少在十幾、二十年前，豐田就已經(jīng)秘密組織了一支上百人的人才團隊進行固態(tài)電池、空氣電池的研發(fā)工作。這一支囊括了土田靖、小谷幸成、上野幸義、濱重規(guī)、中本博文、長瀨浩、神谷正人、布賴恩·海登、蒂里·勒蓋爾、鄧肯·史密斯、克里斯托弗·李在內(nèi)的專家隊伍默默研發(fā)了十幾年時間，為豐田申請了多達30項專利（至今豐田在固態(tài)電池方面的專利數(shù)量遙遙領先）。
囿于商業(yè)保密，外界對豐田在這一領域的具體進展不得而知。雖然豐田一直低調(diào)進行，保持神秘，但是業(yè)界依然公認其技術進度應該排世界第一。
按照電解液形態(tài)劃分，固態(tài)電池分為全固態(tài)和準固態(tài)（介于固態(tài)和液態(tài)之間的妥協(xié)路線）。根據(jù)電解液的材質不同，全固態(tài)又有著氧化物、硫化物和聚合物之分，而豐田走的就是全固態(tài)中的硫化物材質路線。
就目前已知的是，豐田不僅獲得了固體電解質材料、固態(tài)電池的制造技術等方面的專利，甚至還研發(fā)了一整套的正極材料和硫化物固體電解質材料回收的技術路線和回收工序。
2010年，豐田正式推出硫化物固態(tài)電池，到2014年，其實驗室中的固態(tài)電池的能量密度已經(jīng)達到400Wh／kg。
歐洲
長期以來，一直占據(jù)全球產(chǎn)業(yè)鏈的頂端而謀取高額利潤的歐洲發(fā)達國家都認為鋰電池產(chǎn)業(yè)是一個低附加值行業(yè)（這種低端產(chǎn)業(yè)應該由亞洲人來做），而沒有對電池產(chǎn)業(yè)形成足夠的重視。這就造成今天歐洲缺乏規(guī)?；匿囯娖髽I(yè)，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈也一直都沒能建立起來的局面（不過，比利時的Umicore優(yōu)美科公司一直是全球正極材料巨頭，這算個例外）。
所以，在這一輪的動力電池大潮中，歐洲被踢出局的命運早已被注定。但作為傳統(tǒng)汽車強國和車企巨頭的聚集地，歐洲的車企巨頭也只能奮起直追。例如大眾計劃投入500億歐元的巨資用于固態(tài)電池的研發(fā)，寶馬也選擇與美國電池制造商SolidPower合作，開發(fā)新一代固態(tài)電池技術，并把量產(chǎn)時間定在2026年。
縱觀歐洲在固態(tài)電池領域的布局，其最大的特點就在于由于缺乏當?shù)乇∪醯漠a(chǎn)業(yè)鏈條的支撐，所以大多數(shù)公司只能選擇與亞洲或美國的各地合作，或者干脆開啟買買買的模式。
法國的Bolloré
在歐洲，法國的望族Bolloré（博洛雷）家族掌控之下的子公司BatScap是世界公認的在固態(tài)電池領域有著深度布局的代表，只是和豐田不同，BatScap選擇全固態(tài)中的聚合物技術路線。BatScap的固態(tài)電池由于負極材料采用金屬鋰，電解質采用聚合物薄膜，因此又被稱為金屬鋰聚合物電池。
BatScap的電池的最大優(yōu)勢是已經(jīng)接受了量產(chǎn)和市場的實地檢驗，得益于1822年就成立了的Bolloré集團在交通、運輸、能源等方面不計投入的長遠布局，使得BatScap的電池可以迅速地落地。
早在2011年10月，Bolloré就開始利用自主開發(fā)的電動汽車“Bluecar”和電動巴士“Bluebus”在法國巴黎及其郊外提供汽車共享服務“Autolib”。幾年來已累計投入了3000輛搭載30kWh的由BatScap制造的固態(tài)電池，并在當?shù)亟⒘?00座服務站和4500臺充電設備，累計用戶近20萬人，每天的利用次數(shù)約為1．8萬次，由此積累了大量的數(shù)據(jù)和運營經(jīng)驗。
但是，需要特別指出的是Bolloré雖然成為第一家將固態(tài)電池進行規(guī)模商業(yè)化的公司，但是實際輸出能量密度仍然較低，其能量密度僅為100Wh／kg，遠低于其理論水平。
美國
美國和歐洲同病相憐，但情況卻稍微好一點。歐洲的動力電池產(chǎn)業(yè)已不存在重振的可能性，不過美國卻較早地認識到其本土鋰電產(chǎn)業(yè)非常薄弱的現(xiàn)實，并提早作出布局。
例如2008年美國政府就將戰(zhàn)略方向從氫能和燃料電池轉向鋰電池，一方面成立了多達上百家的電池相關的風司，另一方面積極向全球鋰電產(chǎn)業(yè)鏈進行拓展和布局。
Sakti3：三巨頭之一
美國Sakti3是業(yè)內(nèi)公認的可以和日本的豐田與歐洲的Bolloré并列的技術成熟度較高、技術沉淀較深的固態(tài)電池研發(fā)三巨頭之一，同時也是固態(tài)電池第三條技術路線——全固態(tài)中的氧化物電解質材料路線的踐行者。
氧化物技術路線，是三者里面難度最大的。
2008年，瑪麗·塞思特里創(chuàng)辦了Sakti3。值得一提的是這位前密歇根大學工程學教授還是位頗有些情懷的人，這從她為新公司取得名字中就可以看出來：Sakti是梵文“能量”的意思，3代表了鋰元素的原子數(shù)。
Sakti3公司最優(yōu)質的資產(chǎn)或許正是創(chuàng)始人塞思特里自己，這位每周工作超過100小時的女強人致力于電池技術的研究已有20年，并且擁有70余項專利。
Sakti3號稱開發(fā)出了能量密度達到1000Wh／kg的固態(tài)電池，并稱未來實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)之后，成本只有當前鋰電池的20％，可以把搭載其電池的電動汽車成本控制在2．5萬美元。
創(chuàng)建之后這家位于密歇根州安阿伯市的公司獲得通用汽車、日本工業(yè)巨頭伊藤商社、密歇根州政府以及風司共計3千萬美元的投資。不過最終在2015年被英國富豪詹姆斯·戴森，也就是戴森吸塵器和電吹風的發(fā)明者收購。
戴森收購Sakti3除了能夠近水樓臺，將Sakti3的固態(tài)電池率先應用在電吹風和吸塵器上之外，顯然還有更大的野心。戴森已明確宣布，已經(jīng)在去年8月出資14億美元，興建一座大量生產(chǎn)固態(tài)電池的工廠，最終目的是為了打造出“戴森”牌子的電動汽車產(chǎn)品。
Sakti3目前存在的最大問題是其采用薄膜沉淀工藝的制造技術，簡而言之就是將薄膜進行一層層的堆積。這就造成其成本居高不下，且在未來降低成本的可能性也不算太大。
Seeo：背靠博世好乘涼
2016年，德國汽車零部件巨頭博世收購了Seeo，使得這家美國的固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司一時聲名鵲起，開始進入到人們的視線。
2007年，作為大名鼎鼎的美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室在固態(tài)電池領域的創(chuàng)業(yè)項目，Seeo公司正式建立。Seeo可謂是含著金湯匙出生，因為他是勞倫斯伯克利國家實驗室唯一授權擁有核心專利的電池公司。要論這家勞倫斯伯克利國家實驗室有多牛，只需要知道一點就夠了：研發(fā)了美國第一顆原子彈和氫彈，與之相關的13個科學家及組織獲得過諾貝爾獎。
Seeo主要基于化學工程師哈尼·埃托尼在勞倫斯伯克利國家實驗室發(fā)明的一種電池技術，埃托尼說，他發(fā)明的這款固態(tài)電池相當于一個公文包大小，單位重量的儲電量是當今液態(tài)鋰電池的兩到三倍。
埃托尼道出了Seeo在這一領域的核心競爭力，Seeo的干聚合物薄膜固態(tài)電池，已經(jīng)拿出來的樣品電池組能量密度是130－150Wh／kg，這顯然不是一個很好看的數(shù)字，不過其宣稱在今年這個數(shù)字可以提升到300Wh／kg的水平。
創(chuàng)立之初，Seeo也一度成為資本市場的寵兒，先后經(jīng)歷了多輪融資，投資方甚至包括了谷歌和三星，直到去年被博世收購。
這里多說一句關于博世在固態(tài)電池領域的布局，這家全球最大的汽車零部件巨頭近年來在新能源汽車領域的布局可謂是激流勇進。
在收購了Seeo之后，博世又與日本的GSYUASA電池公司和三菱重工合資建立一家新工廠，主要產(chǎn)品也是固態(tài)電池。其中GSYUASA電池公司是由日本的兩家電池巨頭GS（統(tǒng)一）和YUASA（湯淺）合并而來，其實力不容小覷。
問題是，當歐美日都在不約而同地向固態(tài)電池領域奮力突擊，搶占戰(zhàn)略高地之時，已將新能源產(chǎn)業(yè)放在國計民生發(fā)展的重中之重的中國，怎么能在一旁甘心做看客？
曾有一位多年專注鋰電池技術的研究，在美國高校任教的華人教授對建約車評闡述了如下觀點，讓筆者在瞬間民族自豪感爆棚。如下：
1、在美國，包括固態(tài)電池在內(nèi)的電池前端技術領域的主要研發(fā)力量依舊以華人為主；
2、雖然美國的各類鋰電池研發(fā)機構很多，研發(fā)力量也較為強大，但這位教授說業(yè)內(nèi)人士時常能夠深切體會到與中國相比，依舊有所差距，甚至差距還在不斷拉大。這主要體現(xiàn)在美國本土的整個電池產(chǎn)業(yè)鏈遠不如中國的健全和完善。
3、全球最健全和發(fā)達的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈都集中在中國，為動力電池技術的發(fā)展提供了最豐沃的土壤。
中國
蓬勃發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)，為中國本土的動力電池產(chǎn)業(yè)崛起提供了最佳的歷史機遇，如同中國有機會在下一個汽車工業(yè)時代實現(xiàn)彎道超車，中國的動力電池技術也將極有可能打破國外的封鎖，成為引領尖端技術發(fā)展的決定性力量。
在中國，無論是國家級的科研院所，抑或是電池企業(yè)，都紛紛加注固態(tài)電池力量，搶占未來動力電池賽道。
贛鋒鋰業(yè)：第一個吃螃蟹
今年8月18日，一則消息被放出，幾乎震驚了整個國內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)界。固態(tài)電池專家，原中科院材料所研究員許曉雄博士與中國鋰礦上市公司贛鋒鋰業(yè)達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，在寧波推進固態(tài)電池技術的中試，目標在3年內(nèi)實現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。
這里要說的是許曉雄，作為科技部“十二五”新能源領域“全固態(tài)鋰離子儲能電池”項目的負責人，長期致力于固態(tài)電池技術的研發(fā)，公開資料顯示，其至今已申請專利30余項（國際專利6項、中國專利27項），其中已授權專利11項。
他和中國科學院寧波材料技術與工程研究所的其他成員，包括姚霞銀、萬紅利、楊菁、黃禎、姚霞銀、趙鋒東、朱駿等在內(nèi)的多名成員研發(fā)出了全固態(tài)鈉電池的復合正極材料、全固態(tài)鈉電池電解質以及一種全固態(tài)鈉電池的制備方法和理論。
在許曉雄團隊與贛鋒鋰業(yè)發(fā)布合作協(xié)議的4個月之后，贛鋒鋰業(yè)在12月5日發(fā)布公告，將設立全資子公司浙江鋒鋰，以自有資金不超過2．5億元投資建設一條年產(chǎn)億瓦時級的第一代固態(tài)鋰電池研發(fā)中試生產(chǎn)線，項目建設期2年。
所謂中試就是產(chǎn)品正式投產(chǎn)前的試驗，是產(chǎn)品在大規(guī)模量產(chǎn)前的較小規(guī)模試驗。企業(yè)在確定一個項目前，在進行試驗室試驗、小試、中試后，基本上就可以正式量產(chǎn)了。
贛鋒鋰業(yè)敢投2．5億元，并讓許曉雄做企業(yè)法人代表，很大程度上意味著許曉雄團隊的固態(tài)電池技術已基本成熟。
根據(jù)測算，贛鋒鋰業(yè)生產(chǎn)的第一代固態(tài)鋰電池電芯的能量密度可達240Wh／kg，按照單車500千克電池組估算，80KWh的電量可以實現(xiàn)480公里的續(xù)航，且千次循環(huán)后最大電量仍有90％，充電僅需12分鐘充滿。
陳立泉：先行者
中國工程院院士陳立泉一直以來都是國內(nèi)固態(tài)電池的積極推動者，他認為只有全固態(tài)電池可以勝任進一步提高電池能量密度到500Wh／kg的歷史任務，并在呼吁應該盡快啟動全固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化工作。
1978年，陳立泉首次發(fā)起并倡導固態(tài)金屬鋰電池的研究和固態(tài)離子學的相關基礎研究；1980年成立了個固態(tài)電池領域的實驗室——中國科學院物理研究所固態(tài)離子學實驗室；直到2000年，中科院物理所的研究焦點轉移到納米離子學，同時開始大力研究攻克固態(tài)電池關鍵技術問題；2016年，創(chuàng)立以固態(tài)電池為研發(fā)重點的北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司。
除陳立泉之外，北京衛(wèi)藍還囊括了一批國內(nèi)專家，包括陳立泉的老搭檔李泓，作為中國科學院物理研究所研究員，其參與了包括高能量密度鋰離子電池硅基負極材料開發(fā)、金屬鋰及固態(tài)電池技術研究等多個國家級項目的研發(fā)。
目前，北京衛(wèi)藍已經(jīng)研發(fā)并掌握了固態(tài)電池技術領域的多項關鍵性技術，包括金屬鋰表面處理、原位形成SEI膜技術、固態(tài)電解質、鋰離子快導體制備技術以及高電壓電池集成技術、陶瓷膜優(yōu)化技術和集流體解決方案。
寧德時代：積極儲備備戰(zhàn)
去年12月，寧德時代研發(fā)經(jīng)理郭永勝在一次活動場合表示，寧德時代已開始積極布局動力電池下一代技術，其中較為集中在在固態(tài)鋰電池方面，同時也從一家電池生產(chǎn)制造企業(yè)的角度出發(fā)，將研發(fā)的一個重點放在了固態(tài)電池的制造工藝上面。
作為國內(nèi)動力電池巨頭，寧德時代已在固態(tài)電池的儲備研發(fā)上進行布局，其在固態(tài)電池上的解決思路是對正極材料做了一些保護，可以提高兼容的性能。
同時，由于硫化物對空氣的敏感性造成制造過程面臨很大的挑戰(zhàn)。固態(tài)電池的整個制造工藝跟傳統(tǒng)的鋰電池是完全不一樣的，所以寧德時代在固態(tài)電池的研發(fā)過程中，將固態(tài)電池的制造問題，在生產(chǎn)設備和工藝等方面進行同步的跟進研發(fā)。
就目前已知的信息是，寧德時代目前已經(jīng)設計制造出了容量為325mAh的聚合物電芯，并表現(xiàn)出較好的高溫循環(huán)性能：300周循環(huán)以上剩余82％。
