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全球固态锂电池发展进程分析

在我国动力锂离子电池产业快速发展、全球汽车电动化趋势日益明显的形势下,全球固态电池公司如雨后春笋纷纷涌现,日本、美国、德国等国家科研机构和众多企业加快了全固态锂电池的研发投入,多家世界著名汽车企业2017年相继宣布,2020~2025年全固态锂电池将量产上车。

全球固态锂电池发展进程分析

全固态电池专利情况

1990年至今固态电池领域已经公开的专利数目达到1926件,其中全固态电池领域专利数目达到871件,占比约45%。下图是固态电池及全固态电池专利数目对比

固态电池及全固态电池专利数目

固态电池及全固态电池专利数目

从数量上来看,固态电池领域专利数目由2007年26件增长至2017年273件,增长超过10倍,同时全固态电池专利数目占比由零提升至近一半,尤其是近三年来,固态电池专利数每年都开始超过200件,说明固态电池尤其是全固态电池的研发越来越受到各方面的重视。

从地域上看,日本目前拥有固态电池专利916件,占比接近一半,领先优势较大。其次美国和中国分别拥有398件、362件,身位接近。韩国拥有100件位居第四。全固态电池方面,日本拥有专利657件,占比75%,领先优势更加明显。中国、韩国分别拥有专利128件、37件;美国在全固态电池领域稍弱,仅拥有29件专利。其中日本和韩国的全固态电池专利的持有主体情况是以产业界为主导,而中国仍以科研机构与高校为主导。

国内外全固态电池产业化进展

日本

丰田计划在2020年代前半阶段实现全固态电池的商业化应用。其基础的核心技术是实现了降低全固态电池的电芯内阻的技术。丰田通过这项基础技术,将全固态电池的体积功率密度提高到约2.5kW/L。与此同时,体积能量密度成功地提高到了高达约400wh/L,相当于2010年左右的锂离子电池(LIB)大约2倍的水平。虽然这一性能水平目前还无法达到时下最先进的LIB电池同等水平,但是,根据丰田动力电池生产技术开发部总监岩濑先生的说法,现阶段丰田正在以超越LIB为提前的商业化量产为目标持续推进开发,该公司首先将利用上述降低内阻技术为基础,在2020年前半阶段内实现一定数量范围内的全固态电池实际应用,之后将建立大规模生产技术的目标。

丰田实现商业化应用的全固态电池基础技术及对应效果

丰田实现商业化应用的全固态电池基础技术及对应效果

此外,丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。

韩国

为大幅降低动力电池起火风险,三星SDI提出了“全固态电池技术发展蓝图”。全固态电池因其电解质是固体,能够完全分离正极和负极,具有极高的安全性,将可大幅降低电池起火的可能性。同时,全固态电池一次充电行驶里程可能达700公里以上。三星SDI总经理全永铉(音译)表示:“为了在未来电动汽车市场占有领先优势,我们将通过开发基于尖端技术的差异化产品来引领电动汽车的普及化,力争拥有技术竞争主导权。”

德国

2018年11月,德国总理默克尔将计划拨发10亿欧元用于支持德国的一家电池生产商,同时也将资助一家电池研发机构,用于开发下一代的固态电池。其中,大众和宝马公司也在大力发展固体电池,可能从2024或2025年开始批量生产。

美国

美国主攻基于聚合物和氧化物固态电解质的全固态锂电池的研发路线,美国先进电池联合会(USABC)提出在2020年将电芯能量密度提高至350Wh/kg。一些初创的电池企业如Sakit3、SEEO、Quantum Scape和SolidPower等纷纷宣布在高能量密度全固态锂电池研发方面取得重大进展。

中国

当升科技,正在持续关注固态锂电前沿技术信息,并已开展前瞻性开发工作,预计2025年以后固态锂电可逐步实现产业化。

宁德时代,在聚合物固态锂金属电池和硫化物基固态电池方向分别开展了相关的研发工作并取得了初步进展,其在固态电池上的思路是对正极材料做了保护,提高兼容的问题。

比亚迪,曾于2017年8月申请了一种全固态锂离子电池正极复合材料及固态锂离子电池发明专利,并在2018年1月表示正在积极推进固态电池项目商用。

国轩高科,2018年3月对外表示,半固态电池技术已处于实验室向中试转换阶段。

赣锋锂业,2018年3月表示,正在对固态电池进行广泛试验工作,拟在2018年12月建成第一代固态锂电池生产线,在2019年12月完成3亿元固态锂电池销售,并推动第二代固态锂电池技术成熟化,实现第三代固态锂电池可研。

全固态电池有望成为下一代动力电池的理想解决方案,各国之间的竞争也将更加激烈。但是具体到固态电解质的电导率、电池倍率、电池制备效率、成本控制方面,全固态电池仍然有一段路要走,实现产业化之后面临的工艺问题也不容小觑。

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