固态电池发展现状_固态电池发展前景

在材料方面，中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所为代表的团队，已经开发了一系列的氧化物和硫化物的粉体、陶瓷片等，已经开始对社会提供样品和供货。

中科院化学研究所在双功能聚合物电解质相关研究中，成功开发出新型双功能聚合物电解质，并实现紫外光固化技术制备，其实现的高室温离子电导率和机械强度，可用于室温固态金属锂电池。

中科院青岛生物能源与过程研究所在高能量密度固态电池研究中取得进展，针对固态电池发展中固固界面阻抗过大的瓶颈问题，研究成员创造性地提出“原位自形成固态电解质”的解决方案，有效降低界面阻抗和提升电池综合性能。目前中科院青岛能源所已开发出6Ah大容量三元固态锂电池，具有能量密度高、循环寿命长、安全性能佳等优势。2017年1月15日，该所研发的固态锂电池随中科院深海所的深潜器出海，启程远赴马里亚纳海沟进行全海深示范应用，这是我国首个自主研发可应用于深潜器的高能量密度、高性能全固态锂电池。

此外，由清华大学南策文院士团队创建的清陶（昆山）能源发展有限公司也是国内较早开展全固态锂电池技术研发的团队之一。南策文院士表示：“清陶发展把实现全固态电池的产业化定为2017年的首要任务，将重点解决材料匹配、装备升级、产品一致性等核心问题，力争于2017年9月推出第一批全固态锂电池产品。”

电池中国网发现，丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。

相对而言，技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Bolloré、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。在欧洲比较出名的Bolloré，采用的是聚合物电解质体系，三星采用的则是硫化物电解质体系。英国富豪詹姆斯-戴森（JamesDyson）在2015年公司收购了固态电池企业SakTI3，2016年8月，戴森表示，将出资14亿美元兴建一座电池工厂。德国汽车零部件巨头博世（BOSCH），2015年收购美国电池公司“Seeo”。博世和Seeo然后与日本著名的GSYUASA（汤浅）电池公司和三菱重工共同建立了新工厂，主攻固态阳极锂离子电池。

2016年12月17日，宁德时代研发经理郭永胜在“第七届全球新能源汽车大会（GNEV7）”上介绍了公司固态锂金属电池的研发进程，他表示，宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研，目前该项目还处于早期阶段。宁德时代在研发过程中，也在关注固态电池的制造问题，固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同，需要新的设备，新的工艺，所以宁德时代也同时进行工艺的研发。

从整体来看，固态电池现在的制备技术成熟度还有待加强，能形成规模产能的企业有限，技术规模化扩产需要克服的困难还有很多，仍处于推广发展期。但可以预期的是，随着研发和工业技术的不断发展，全固态电池中的科学和工艺上的问题会逐渐得到缓解，在未来几年，固态电池产品的市场会迎来蓬勃发展的机遇。

中国固态锂电池处于基础研发阶段，清华大学、北大深圳研究院、电子科大、特种科大、中科院物理所、化学所、宁波材料所、青岛能源所、上海硅酸盐所等单位已开始固态锂电池关键材料、固态锂电池制造装备及电芯制造技术的研发。同时，国内锂电池材料及电芯优势企业，如宁德时代、比亚迪、中航锂电、贝特瑞、力神、赣锋锂业等，也已开始布局固态锂电池技术开发。

●宁德时代

宁德时代投入固态电池研发已有几年时间，在聚合物和硫化物基固态电池方向分别开展了相关的研发工作。其招股说明书中表明，下一代电池研发重点就是全固态锂电池。但从官方介绍的情况来看，离商业化仍然比较远。在制造工艺方面，宁德时代初步提出以下工艺路线：正极材料与离子导体的均匀混合与涂覆；经过一轮预热压，形成连续的离子导电通道；经过二次涂覆LpS之后，再进行热压，全固态化之后可以去掉孔隙；再涂覆缓冲层后与金属锂复合叠加。

●比亚迪

比亚迪2016年中期业绩会议透露，公司认为固体电池将是锂电池未来的方向，已经在尝试小规模使用，并确定将在未来10年，最快5年内提供该类型产品。2017年8月，比亚迪申请了一种全固态锂离子电池正极复合材料及一种全固态锂离子电池的发明专利。

●国轩高科

国轩高科固态电池的研发主要在海外进行，2018年2月，国轩高科透露正在美国和日本分别开发下一代动力电池生产技术工艺与生产设备，相关产品将使用半固态电池技术。目前，国轩高科半固态电池技术已处于实验室向中试转换阶段，计划2019年建设中试线。

●赣锋锂业

2017年8月，赣锋锂业通过引进宁波材料所的固态电池博士团队，正式切入固态电池板块，目标在3年内实现固态电池产业化。随后，赣锋锂业公告称将投资2.5亿元，于2018年底建成亿瓦时级第一代固态锂电池生产线，并实现送样；在2019年12月完成3亿元固态电池销售，并分别推动二代固态锂电池技术成熟，实现三代固态锂电池可研。根据测算，赣锋锂业生产的第一代固态锂电池电芯的能量密度可达240Wh/kg，按照单车500kg电池组估算，80kWh的电量可以实现480km的续航，且千次循环后最大电量仍有90%，充电仅需12分钟充满。

●珈伟股份

2017年12月，珈伟股份子公司珈伟龙能发布了其首款快充类固态电池产品。珈伟龙能科技具备一期1亿Wh高性能动力电池，采用类固态快充技术；2018年二期拟再次投产2GWh电池产能。公司生产的电池正极采用改性的铁锂和三元，负极则使用钛酸锂和纳米化的石墨。然而，珈伟股份发布的电池与全固态电池技术不甚相同，此次珈伟股份生产的类固态电池为凝胶状（类固态）电池，采用了隔膜，非完全意义的固态电池。

目前，具有高能量密度以及高安全特性的固态电池正在全球范围内受到关注。伴随着新能源汽车的高速发展，提高车辆续航里程的呼声日益响亮，想要汽车“跑”得远，选用能量密度更高的固态电池成为一个可行的选择。在此背景下，不同国家和地区的相关研究机构和企业纷纷进入“赛道”，开启了一场发力布局和加速固态电池研发的“拉力赛”。

“想要达到2020年及以后的动力电池能量密度发展要求，实现能量密度大于500Wh/kg的目标，现有的液体电解质电池体系恐怕无能为力。作为下一代面向500Wh/kg的电池技术路线，固态电池体系的研发已成为刚需。新能源汽车产业中长期发展需要新的技术储备，固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线，它不只是未来二次电池的重要发展方向，也是当前的重要任务。”中国科学院物理研究所研究员陈立泉近日表示。

国内外不少大型车企现已开始发力固态电池的研发，以求夺得未来发展新能源汽车的技术话语权。“各大汽车产业强国在研发应用新一代高能量密度动力电池方面都不甘落后。”日前发布的《中国新能源汽车动力电池产业发展报告（2018）》分析指出。

进军固态电池领域，大众汽车显然早有计划。其大规模电动车发展计划“RoadmapE”预计投资500亿欧元，将在中国、欧洲及北美开展动力电池长期战略合作项目，并在2025年之后实现固态电池装车应用，实现1000公里的续航里程。同样积极布局固态电池的还有宝马汽车，其与美国电池技术公司Solidpower建立合作伙伴关系，共同开发电动汽车专用固态电池技术。

在亚洲，固态电池同样是汽车公司以及电池企业布局的热点。日本丰田给出的“答卷”是与松下联合研发方形固态电池，同时计划发展更高密度的新一代全固态电池。而韩国电池制造研发企业LGChem则选择与三星SDI联合研发高镍NCM、NCA以及固态电池，并表示固态电池量产将在2025年左右。

面对竞争激烈的国际固态电池市场，我国以中国科学院物理研究所为代表的研究团队，也正在积极推进固态电池的产业化工作。同样发力的还有企业，赣锋锂业正与中国科学院宁波材料所进行合作，宁德时代、天津力神、中航锂电及卫蓝新能源等企业也在进行固态电池的开发。

“可以看到，不管是车企还是电池企业都着眼于全固态电池的研发，这更像是一场高比能全固态电池的技术竞赛，将极大促进高比能全固态锂电池最终实现。”北京理工大学材料学院教授吴伯荣表示。

据记者了解，固态锂电池的关键是固态电解质材料，现有的无机固体电解质和高分子聚合物电解质材料，没有任何一种既有高离子电导率和机械强度，又有良好的加工性能。“目前高分子聚合物电解质材料在室温离子电导率低，而无机固体电解质则存在制备困难的问题，怎么办呢？我们要挑选各自的优点，规避缺点。”中国科学院院士南策文指出，想要“两全其美”，就必须对固态电解质材料的研发提出更高的要求。

面对固态电池发展过程中的阻力，中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙同样提出了自己的看法，“目前最基础的问题仍然没有在科研层面得到解决，即固体与固体之间的接触界面高电阻问题。”过大的电阻不仅会带来能量的浪费，还会导致电池温度升高，对其安全性能造成不良影响。

除了技术上的不成熟，市场规则不完善同样是固态电池成长的“烦恼”。中国汽车技术研究中心有限公司北京工作部副主任王成告诉记者，纵使近两年的新能源汽车财政补贴标准关联了动力电池能量密度和车辆续驶里程，且2018年新版的补贴政策更加细化和完善，但是对于产品能量密度的指标要求迭代周期过短，导致部分企业一味追求能量密度和高补贴，忽视了产品综合性能的优化，导致企业的技术和产品难以形成积累。

“从整体的技术链来看，固态电池市场存在布局不均、链条不稳的风险，难以打下持续发展提升的坚实基础。”王成分析指出，目前仍需进一步引导企业在技术以及产品层面形成良性发展的健康体系，“研发机构和企业应注重积累的效率，在不断的积累量变过程中，促成迭代质变。”

面对如火如荼的固态电池“竞技场”，中国显然抢到了参赛的入场券。国务院发布的《中国制造2025》规划中明确提出了对单体动力电池比能量的战略布局，高比能、高安全、长寿命和低成本固态锂离子电池，是我国实现新能源汽车“纯电驱动”技术转型战略的关键和重要支撑。自20世纪70年代以来，国内各研究机构、高校，以及近年来随国家政策而创建的优势电池材料企业，在固态电解质和固态电池研究方面已取得了系列研究成果。同时，赣锋锂业和宁德时代都将全固态锂电池作为下一代高性能动力电池的研发重点。

“总体看固态电池发展的路径，电解质可能是从液态、半固态、固液混合、固态最后到全固态。负极会从石墨负极，到硅碳负极，最后有可能到金属锂负极，但是目前还存在技术不确定性。”中国科学院院士欧阳明高近日分析指出，“到2030年，希望在电解质方面取得突破，全固态电解质会产业化，电池单体比能量有望冲击500Wh/kg。2030年，常规车型的续航里程应该可以达到500km以上。”

目前，国家自然科学基金委员会、科技部和工信部都已将固态电池的研发列为重点专项，随着更多新型固态电解质材料的发展和全固态锂电池反应机制研究的逐步深入，固态电解质性能有望得到持续改善。

“但光靠国家的支持是不够的。”陈立泉指出，“希望锂电产业界和投资促进局高度重视，使我国在这场激烈的国际竞争中获胜，使动力电池产业从‘跟跑’变为‘领跑’，促进新能源汽车大规模的推广应用。”