為使鋰電池具有更高的能量密度和更好的安全性，國外鋰離子電池廠商和研究院所在固態(tài)鋰電方面開展了大量的研發(fā)工作。日本更是將固態(tài)電池研發(fā)提升到國家戰(zhàn)略高度，2017年5月，日本經(jīng)濟(jì)省宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學(xué)、三菱化學(xué)等國內(nèi)頂級產(chǎn)業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望2030年實現(xiàn)800公里續(xù)航目標(biāo)。

 

法國Bollore公司的EV“Bluecar”配備其子公司Batscap生產(chǎn)的30kwh金屬鋰聚合物電池，采用Li-PEO-LFP材料體系，巴黎汽車共享服務(wù)“Autolib”使用了約2900輛Bluecar，這是世界上首次用于EV的商業(yè)化全固態(tài)電池。豐田開發(fā)出全固態(tài)鋰離子電池，能量密度為400Wh/kg，計劃在2020年實現(xiàn)商業(yè)化;松下的最新固態(tài)電池能量密度相對提高了3～4倍;德國KOLIBRI電池應(yīng)用于奧迪A1純電動汽車，目前尚未商業(yè)化應(yīng)用。

 

此外，三星、三菱、寶馬、現(xiàn)代、戴森等數(shù)家企業(yè)也都通過獨(dú)自研發(fā)或組合并購等方式加緊布局固態(tài)電池的儲備研發(fā)。豐田宣布與松下合作研發(fā)固態(tài)電池;寶馬宣布與SolidPower公司合作研發(fā)固態(tài)鋰電池;博世與日本著名的GSYUASA(湯淺)電池公司及三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池;本田與日立造船建立的機(jī)構(gòu)已研發(fā)出Ah級電池，預(yù)計三年后量產(chǎn)。

 

4.2國內(nèi)以研究機(jī)構(gòu)主導(dǎo)涉足固態(tài)鋰電產(chǎn)業(yè)

 

我國對固態(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(dǎo)體列為重點(diǎn)課題，目前5個研發(fā)團(tuán)隊分別取得了不同進(jìn)展。此外，北京大學(xué)、中國電子科技集團(tuán)天津18所等院所也立項進(jìn)行了固態(tài)鋰電電解質(zhì)的研究。

 

國內(nèi)在進(jìn)行固態(tài)鋰電開發(fā)的企業(yè)包括CATL、國珈星際(珈偉股份)、江蘇清陶能源、臺灣輝能、中航鋰電等。CATL以硫化物電解質(zhì)為主要研發(fā)方向，采用正極包覆解決正極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面反應(yīng)問題，目前聚合物鋰金屬固態(tài)電池循環(huán)達(dá)到300周以上，容量保持率達(dá)82%。清陶能源研發(fā)高固含量的全陶瓷隔膜和無機(jī)固體電解質(zhì)，目前已與北汽開展合作進(jìn)行中試。國珈星際采用材料基因組技術(shù)，通過高通量測試技術(shù)確定聚合物固態(tài)電解質(zhì)的最佳組成。此外，如贛鋒鋰業(yè)、比亞迪、萬向123等也都宣布布局固態(tài)電池領(lǐng)域，但大部分企業(yè)仍處于“口頭研發(fā)”階段。

 

固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)展望

 

目前固態(tài)電池有兩條研發(fā)方向，一條是鋰離子電池的固態(tài)化，這個方向其他行業(yè)有成熟的方案，但是嫁接到鋰電池還需要二次研發(fā)。固態(tài)電解質(zhì)國外量產(chǎn)的企業(yè)鳳毛麟角，國內(nèi)一家也沒有，一定程度上制約了固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度。日本實驗室成功研發(fā)出的凝膠態(tài)電池，國內(nèi)高校和科研院所早有樣品，但大多停留在能量比達(dá)標(biāo)、循環(huán)只有幾百次的水平，加上成本很高，良率很低無法量產(chǎn)。

 

另一條技術(shù)研發(fā)方向是金屬固態(tài)電池，最常見的是鋰硫電池。當(dāng)電解質(zhì)換成固體之后，鋰電池體系由電極材料-電解液的固液界面向電極材料-固態(tài)電解質(zhì)的固固界面轉(zhuǎn)化。固固之間無潤濕性，其界面易形成更高接觸電阻，電池循環(huán)性就會變差，充電不可能很快。鋰硫電池的生產(chǎn)環(huán)境為真空，一旦混入氧氣就會爆炸，這給設(shè)備企業(yè)帶來非常大的挑戰(zhàn)。

 

全固態(tài)鋰電池作為替代傳統(tǒng)鋰電的未來電池技術(shù)方向之一，吸引了眾多國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)行研發(fā)，但是在固體電解質(zhì)材料、界面性能優(yōu)化、電極材料選擇以及成本、工藝上還有相當(dāng)長的路要走，不論是生產(chǎn)工藝制程、或是生產(chǎn)線的周遭環(huán)境都需要大量的資本投入和嚴(yán)格參數(shù)控制，對后進(jìn)的初創(chuàng)公司而言，要從實驗室走到量產(chǎn)線的路很長很遠(yuǎn)很昂貴。當(dāng)然，面對其巨大的商業(yè)價值空間，一定還會有更多類似寶馬一樣的優(yōu)秀汽車制造商以及電池企業(yè)投入其中，相信隨著研發(fā)技術(shù)的推動和深入，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化步伐將逐步加快。