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固態電池技術，車企未來的核心競爭力
固態電池的發展備受業界的期待。固態電池更安全，成本也更低，很可能會是鋰離子電池的替代品，從而加速電動汽車的普及。固態電池技術有可能將電動汽車充電時間從數小時縮短至10分鐘左右。雖然固態電池在短期內還無法實現商業化，但并不影響各大企業對于固態電池技術研發進程的加快！Bloomberg數據預計，2028-2035年，采用固態電池的電動車將增長37倍，而固態電池的成本將下降至40美元/KWh，甚至低于液態電池。
國內固態電池研發動態
1、國軒高科：半固態電池續航里程實現超1000公里
在11月20日召開的2021世界制造業大會新能源汽車產業發展論壇上，國軒高科董事長李縝表示，國軒高科2025年將形成300GWh電池產能。另外，公司為國內高端純電動汽車配套半固態電池實現了續航里程超1000公里。
2、珠海冠宇：公司有應用固態電解質膜和專用正極材料制備出了能量密度高達350Wh/kg的固態電池樣品
有投資者在投資者互動平臺提問：一是目前是否已有固態鋰離子電池樣品產出？二是是否有消費電子、電動汽車等相關企業有意向與公司共同研發固態鋰離子電池？珠海冠宇10月19日在投資者互動平臺表示，公司有應用固態電解質膜和專用正極材料制備出了能量密度高達350Wh/kg的固態電池樣品。
3、億緯鋰能合作伙伴擬在美建研發中心加速研發固態電池
以色列知名電池開發商、電動汽車超快速充電（XFC）技術領先企業StoreDot宣布將在美國加利福尼亞建立研發創新中心，不斷向全球擴展并開發未來固態電池。根據規劃，公司將在美國加利福利亞州建立研發中心，該研發中心的宗旨是助力StoreDot實現其促進零排放世界的使命。具體而言這涉及到兩項技術：XFC電池技術和XED固態電池技術。據StoreDot稱，除了XFC電池的工作外，加州的研發中心還將研究下一代極端能量密度（XED）固態性能和材料。這項技術將在2028年之前實現技術拓展并進行大規模生產。
4、能量密度達520Wh/kg（1100Wh/L），恩力動力開發超高比能鋰金屬電池
目前恩力的3500mAh鋰金屬電池已經進入中試階段，年內將向大客戶小批量供貨，用于無人機等項目。并已開始布局下一階段2021-2022即將開始的規模量產。屆時，其固態電池和鋰金屬電池產能將達到200MWh，產品將應用于高附加值的商用電子產品和高端消費電子產品領域。預期在2022-2023年，恩力將實現GWh級別的固態電池產能，利用固態電池的性能優勢進入多種應用場景。在2024-2026年，達到10GWh級別的產能，進入新能源汽車領域。
5、蜂巢能源聯合中科院，加速固態電池技術轉化落地
2021年4月，由蜂巢能源全球鋰電創新中心與中國科學院寧波材料技術與工程研究所共建的固態電池技術研究中心在無錫正式成立并舉行了簽約揭牌儀式。該研究中心有望借助中科院寧波材料所在固態電池先進材料技術上的優勢及蜂巢能源領先的研發實力，快速突破“卡脖子”的關鍵技術，推動固態電池技術轉化落地。
6、清陶實測368Wh/kg固態動力電池通過國家強檢認證
清陶QT-360高能量密度產品在國家機動車產品質量監督檢驗中心（上海）完成國家強檢認證測試。該產品電池單體實測放電容量（1/3C）超過116Ah，能量密度為368Wh/kg。該電池滿足《GB∕T 38031-2020 電動汽車用動力蓄電池安全要求》、《GB∕T 31484-2015 電動汽車用動力蓄電池循環壽命要求及試驗方法》、《GB∕T 31486-2015 電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》的要求，并獲得由國家機動車質量監督檢驗中心承認通過的強制性檢驗報告。
7、有研集團固態電池核心材料領域前沿布局初見成效
自2016年成立以來，有研集團國聯研究院國家動力電池創新中心組建固態電池協同攻關團隊，開展固態電池基礎研究及工程化技術研究。通過兩年來的潛心鉆研，創新團隊制備出了Li3YBr5.7F0.3固態電解質，該固態電解質通過與金屬鋰原位生成高濃度氟化物界面鈍化層，顯著改善了鋰金屬負極在全固態電池的循環穩定性，解決了鹵化物固態電解質材料應用于金屬鋰負極固態電池的關鍵技術瓶頸。在此基礎上，動力電池創新團隊開發出了一種全新組成的鹵化物電解質材料，該材料與高電壓正極材料兼容好，其性能在固態電池中得到了初步驗證。研究成果已獲得發明專利授權，率先實現國內在耐高電壓無機固態電解質的專利布局，推動高比能全固態二次電池的商業應用。
8、質優價廉固態電解質問世，安全“鋰”想電池不再遙遠
中國科學技術大學馬騁團隊設計并合成了一種新型氯化物固態電解質——氯化鋯鋰。這一材料成功將50微米厚度時的原材料成本降低至1.38美元/平方米，遠低于10美元/平方米這一確保全固態電池市場競爭力的閾值，而此前最廉價的氯化物固態電解質相對應的成本為23.05美元/平方米，遠遠超過這一閾值。除此之外，氯化鋯鋰在濕度高達5%時仍能保持穩定，因此其合成和儲存對條件的要求并不苛刻，從而進一步降低了生產成本。
9、能量密度270Wh/kg，可針刺的固混電池要來了
目前，衛藍新能源正在建設一條2GWh的規�；桃夯旌瞎虘B動力電池生產線，這個生產線主要生產350-360Wh/kg的新能源車用動力電池。其產出的固態電池產品能量密度可達到270Wh/kg，倍率性能可以實現3C的連續放電，最大放電倍率可達到7C，同時保持了良好的安全性能。據介紹，衛藍新能源當前規模量產的混合固液固態電池，在正負極材料體系上，與現在的液態電池差別不大。主要是基于改性高鎳三元、硅基負極材料加上固態電解質、離子導電膜等這樣的材料體系。但是，公司的研發團隊在現有的材料體系基礎上針對固態電池產品需求做了許多改進。
10、高能量密度鋰電池新策略：全電化學活性全固態鋰電池
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心清潔能源實驗室E01組博士生李美瑩在陳立泉院士和索鎏敏特聘研究員指導下與美國麻省理工大學李巨教授合作，首次提出采用全電化學活性電極構建全固態電池的新思路。通過采用高電子-離子混合導電活性物質作為正極實現100%全活性物質全固態電極，與金屬鋰負極搭配，構建出高能量密度全活性物質全固態電池，在該類新型全固體金屬鋰電池中材料層面的能量密度可以在電極層面得到了100%發揮。
11、上海硅酸鹽所在氟基固態電池研究中取得進展
中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟團隊研制出聚合增強型的鋰氟轉換全固態電池。該團隊通過“硬質”C-N聚合物（g-C3N4）介孔微球堆垛填充策略，不僅加強了“軟質”PEO聚合物電解質的機械性能和對鋰負極的形變抑制（鋰金屬對稱電池至少1萬小時的超長沉積/剝離循環），而且通過C-N微球的超薄二維納米片單元與聚氧化乙烯基質和鋰鹽（LiTFSI）中陰離子的多尺度成鍵交聯，構建出具有“滲流效應”的豐富高導界面，提高了復合電解質的離子導電率（60℃時為2.5×10-4 S/cm）、鋰離子遷移數（高達0.69）和高電壓穩定性（可承受三元層狀氧化物正極的穩定循環）。
12、深圳先進院固態電池及類腦人工突觸研究獲進展
研究團隊開發了具有納米分辨率的新型原位電化學測試手段，利用導電原子力顯微探針作為電極誘導鋰枝晶在固態電解質中定向生長，結合多場測試，揭示了電極界面微尺度漲落對鋰枝晶生長的誘導機制，并在此基礎上設計了界面阻隔層，阻斷了枝晶的生長，提升了固態電池性能。團隊還發現了鋰枝晶在固態電解質中的憶阻特性，并基于此設計了新型憶阻器，為下一代類腦計算芯片的硬件實現提出了新思路。
國外固態電池研發動態
1、日本豐橋工業大學：證明溶劑極性在電解質液相合成中的重要性，以建立硫化物“全固態電池”的量產技術
豐橋工業大學的 Hirotada Gamo、Atsushi Nagai 副教授、Atsunori Matsuda 教授等人在全固態鋰離子電池固體電解質的液相合成中發揮了重要作用。乙腈 (ACN) 被發現是液相合成“Li7P3S11”最合適的溶劑，Li7P3S11 是一種很有前途的固體電解質候選者。 這將導致硫化物基全固態電池量產技術的建立。
2、日本NKK：不織布支撐體應用于全固態電池，可望促進電解質薄膜化與量產
日本高度紙工業(NKK)計劃將不織布支撐體推動應用于全固態電池用途。NKK開發的全固態電池用支撐體是將空隙率提高至極限的極薄膜，固體電解質可達到均質、均一的充填。支撐體採用100%聚酯不織布，目前厚度最薄可達15μm。
3、GS湯淺：耐水性提高40倍的全固態電池用含氮硫化物固體電解質將投入實用
GS湯淺宣布，開發出離子電導率和耐水性提高的全固態電池用含氮硫化物固體電解質，使用計算物質特性的第一性原理計算有效地選擇最佳材料。在制造全固態電池時，它有望改善處理并降低制造成本。GS湯淺計劃從火箭和衛星等特殊應用開發全固態電池，將繼續改進它以在2020年代實際使用。
4、三井礦業開始為全固態電池提供固體電解質和樣品
三井礦業已在量產試驗設施完成全固態鋰離子電池固體電解質的驗證，并開始提供樣品。該設施將投產，年產量10噸以上，并根據需求擴大到幾十噸。雖然是試驗設施，但將擴大生產規模，向全面量產邁進。公司生產的“algirodite 型硫化物固體電解質”具有與電解質相同的高水平鋰離子電導率，并且具有電化學穩定性。
5、Maxell將展開高電壓、高功率之全固態電池商樣出貨
日本Maxell發表將于近期展開高電壓、高輸出功率之全固態電池的商樣出貨。新開發的鈕扣型全固態電池采用了硫化物系固體電解質，雙極性(Bipolar)構造進而實現了高電壓、高功率，將可廣泛應用于機器的緊急電源、備用電源，或是電容器的替代品等用途，未來亦可望適用于車載用途。
6、突破性3D打印固態電池技術！黑石磷酸鋰鐵陰極工藝無需鈷或鎳
據了解，黑石德國子公司Blackstone Technology GmbH已成功打印并測試了首款可工作的固態電池，并展示了由Blackstone固態電池供電的LED燈。3D打印固態電池使用LFP技術，具有基于磷酸鋰鐵（LFP）的陰極，這項技術的好處是便宜且不需要鈷或鎳。公司還計劃與其他金屬（如NMC電池）進行組合。另外，這類電池不含有毒材料，由水溶性化學物質制成，因此對環境更加友好，且易于回收利用。與當前的鋰電池技術相比，LFP電池技術可提供20-25％的能量密度。
7、NASA宣布將從零開始為電動飛機打造固態電池
美國航空航天局NASA消息，該機構的電池研發部門SABERS，決定從零開始為電動飛機打造固態電池。研發部門的目標是打造比現有鋰離子電池具有更高能量密度的新型電池，并且不會隨時間推移而損失容量，起火風險也會更低。SABERS決定開發固態硫硒電池。這種電池相比鋰電池體積更小、能量密度更高，在受到沖擊后也可以繼續使用。此外，這款電池的好處是利用廉價并易獲得的硫元素，能夠降低成本。這種固態硫硒電池利用到了一種NASA此前研發的“多孔石墨烯”材料，具有非常高的導電性，并且質量十分輕。
8、純硅陽極打造高性能全固態電池
美國加州大學圣地亞哥分校的納米工程師們與韓國電池制造商LG能源解決方案公司的研究人員合作，使用固態電解質和全硅陽極，創造了一種新型的硅全固態電池。最初的幾輪測試表明，新電池安全、持久且能量密集，可提供500次充放電循環，室溫容量保持率為80%，為使用硅等合金陽極的固態電池開辟了一個新領域，有望用于從電網存儲到電動汽車的廣泛領域。
9、Sakuú公司3D打印3Ah鋰固態電池
自動化多工藝增材制造 (AM) 領導者Sakuu Corporation（前身為 KeraCel Inc.）于2021年7月28日宣布，已開發出一種3Ah鋰固態電池 (SSB)，性能等同于或優于當前的鋰電池。Sakuú計劃在2021年第三季度末和第四季度的向合作伙伴提供電池樣品。Sakuú一直在開發第一代SSB電池技術及旗艦增材制造平臺，據稱平臺使用多材料粘合劑噴射工藝，并將于2021年年底投入商業使用。第一代電池包括30個子電池，使用鋰金屬和陶瓷隔板。另外，電池設計使用當前行業標準陰極材料（未來或許會使用支持更高電壓的陰極材料），可產生高達25%的能量。
10、QuantumScape開測首款10層微型固態電池
QuantumScape 披露了其正在測試的10層鋰金屬電池。這些電池采用了商用規格的70mm×85mm外形尺寸，并在標準溫度（25℃）和壓力（3.4個大氣壓）下經歷了模擬電動汽車使用頻率的1C和C/3（一到三小時）的充放電測試。據悉，QuantumScape正在測試的70mm×85mm 鋰金屬電池，可在經歷約450次充放電循環周期之后，保持約90%的電量。此外硬幣大小的30mm×30mm版本，可在經歷1000多次充放電循環后，保持約 80% 的容量。
11、瞄準聚合物和硫化物全固態電池 LG新能源開發新一代電池
6月18日，在第11屆中國汽車論壇上，LG新能源亞洲營銷總經理樸鎮庸透露，LG新能源正在著手開發新一代電池，包括擁有更優秀安全性能的聚合物和硫化物的全固態電池。LG新能源希望到2025年能夠將聚合物固態電池能量密度提高到500到600瓦時每升，到2030年達到900瓦時每升。全固態電池擁有高能量密度和非常高安全性的表現，在未來能夠用在更多移動出行和航天領域。
12、改變電極表面原子排列可改善固體電池穩定性
伊利諾伊大學香檳分校材料科學與工程教授布勞恩和Xerion電池公司合作，研究發現通過控制固體電池材料表面的原子排列，可以改善電極和固體電解質界面接觸，從而提高固態電池的穩定性。該研究團隊研制了含有鈉和鋰離子且具有特定原子排列的電極，并通過實驗發現鋰基和鈉基固態電池性能與電極界面原子排列順序之間存在相關性，使得接觸表面積變小和控制電極的原子排列是診斷界面不穩定性和改善電池性能的關鍵因素。
13、日本公司推出高容量固態電池
日本工業制造商Hitachi Zosen已開發出一種固態電池，據稱可成為該行業中容量最大的電池之一。此外，這家位于大阪的公司表示，這種新型固態電池可以在更大的溫度范圍內運行。它將很快在工業機械和太空中進行測試。這家日本公司在東京的一個展覽會上揭開了其固態電池的面紗。日立佐森表示，其新的突破性電池的容量是其先前型號的七倍。日式固態電池的容量為1,000毫安小時（mAh）。此外，它可以在-40o至100oC（-40o至212oF）的溫度范圍內工作。
14、荷蘭LionVolt公司開發3D固態薄膜電池 更輕且高效
據外媒報道，LionVolt公司將提供一種3D固態薄膜電池，比目前的鋰電池更輕、更安全和更高效。LionVolt現在將加速基于TNO在過去五年的霍爾斯特中心創造的3D技術的基礎上，開發革命性的固態電池。這種創新技術并不是全新的，而是建立在飛利浦研究所（Philips Research）早先開發的概念之上。新電池基于3D技術和固態材料層，用薄的功能材料覆蓋數十億根柱子來制造電池。通過結合3D結構、薄膜和固態電解質，實現電流傳導。
15、日立造船開發出世界最大級別全固態鋰電池
據日立造船集團官網及《共同社》等媒體消息，日立造船集團利用其公司內部技術，采用獨特制造方法，成功實現在無需機械加壓的條件下完成了全固體鋰離子電池的充放電。日立造船新開發的全固態鋰電池容量達到1000毫安時，其儲電容量被認為是當前世界最大級別。其適用溫度范圍廣，具體為攝氏零下40度到零上100度。由于能夠承受高溫、真空等嚴酷環境，所以它將來在人造衛星、工業機械、醫療器械等領域都具有廣泛應用前景。
固態電池產業化動態
1、Solid Power擴大工廠規模 明年年初啟動固態電池試生產
在福特和寶馬的大力支持下，電池開發商 Solid Power 正在擴大其位于科羅拉多州的工廠規模，并計劃在明年年初啟動固態電池的試生產。本次規模的擴張主要用于生產該公司的旗艦產品之一，一種基于硫化物的固體電解質材料，其產量將達到目前的25倍。新工廠還將為其商業級100安培電池單元的第一條試驗生產線騰出空間。這些小袋電池預計將在2022年初交付給福特和寶馬進行汽車測試，目的是在本十年的后半期將其投入可供駕駛的車輛。
2、SKI與Solid Power合作生產固態電池 有望于2026年實現商業化
10月28日，SK Innovation宣布與美國領先的全固態電池開發商Solid Power建立合作伙伴關系，開發能量密度至少為930Wh/L的全固態電池，雙方計劃在SK Innovation子公司SKOn的鋰離子電池工廠生產全固態電池，減少投資成本和設施建造時間。SK Innovation還承諾投資3000萬美元收購Solid Power的股份。
3、泰國將建東南亞首家半固態電池工廠
泰國國家石油公司（PTT）計劃，將位于該國羅勇府的車用電池工廠產能擴大至1吉瓦時。據悉，這家工廠將是東南亞首家半固態電池生產企業。羅勇工廠的投產運行，使泰國成為繼中國和日本之后，亞洲第3個擁有半固態電池生產能力的國家。這座耗資11億泰銖（約合3350萬美元）的電池工廠，現有產能30兆瓦時，歸口由PTT旗下電力公司Global Power Synergy Plc（GPSC）負責管理。按照計劃，GPSC將首先為電動汽車生產電池，然后開發用于可再生能源儲能的固態電池。
4、擴大1GWh產能 贛鋒鋰業固態電池2022年或裝車東風風神E70
東風汽車公司技術中心與江西贛鋒鋰電科技有限公司正式簽約，雙方就固態電池示范運營合作進行洽談，并簽訂固態電池E70車型示范推廣協議。此次簽約不僅有利于加快東風公司搶占固態電池技術領域制高點，同時有利于東風風神E70在江西打開市場。
5、三星SDI宣布全固態電池將于2027年開始量產
三星SDI于5月25日宣布，它將在2025年之前開發大型全固態電池單元和原型全固態電池單元，并于2027年開始量產。這家公司還表示，在豐田汽車方面，三星僅次于豐田全固態電池技術相關的國際專利數量。根據三星SDI的數據，日本目前占此類國際專利的68%，其次是美國（16%）和韓國(12%)。該公司解釋說:“全固態電池能夠在穩定性和能量密度方面克服鋰離子電池的局限性�！�
6、北京高端制造業基地高性能固態鋰電池項目產業化廠房建設開工
按照《北京市人民政府關于加快科技創新構建高精尖經濟結構用地政策的意見》有關精神，為更好地承接優質項目，經區政府批準，北京高端制造業基地投資開發有限公司作為主體，實施北京高端制造業基地高性能固態鋰電池項目產業化廠房建設，并被列為北京市“3個100”重點工程，主要承接市級重點項目衛藍新能源高性能固態鋰電池產業化項目，目前，項目臨建已開工建設。
小結：
一場全球范圍內的全固態鋰二次電池技術競賽已經開啟，固態電池作為“后鋰電時代的必經之路”已是行業共識。電池就像電動車的心臟，固態電池將成為使新能源汽車更安全、性能更理想的關鍵技術。
參考來源：
電池網、每日經濟新聞、綜合報道、中國粉體網、鋰電前沿、中國有色金屬報、科技日報、電池中國CBEA、中科院物理所、深圳先進技術研究院、日刊工業新聞、材料世界網、日本經濟新聞、化學工業日報、南京熊3D打印、IT之家、cnBeta.COM、科技部、能源100、太平洋汽車網、中國質量新聞網、參考消息、蓋世汽車、站長之家、瀟湘晨報等
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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