在傳統(tǒng)車企的陣營中，北汽與比亞迪是目前在新能源汽車領(lǐng)域布局較為深入，并且銷量最大的兩家車企。提前將電動化的基因刻在品牌形象中，意味著這兩家車企在新能源汽車領(lǐng)域必須保有足夠的技術(shù)優(yōu)勢。因此，這兩家車企也是國內(nèi)最先布局固態(tài)電池技術(shù)的傳統(tǒng)車企。

北汽集團(tuán)旗下北汽產(chǎn)投于2019年8月完成了對國內(nèi)固態(tài)電池創(chuàng)企清陶能源的投資，雙方將在固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化方面合作，但并未公布具體的量產(chǎn)落地時(shí)間。

據(jù)了解，清陶能源的創(chuàng)始人團(tuán)隊(duì)來自于清華大學(xué)，自2002年開始研發(fā)固態(tài)電池。2018年11月，清陶能源的首條固態(tài)電池生產(chǎn)線投產(chǎn)，這也是國內(nèi)首條投產(chǎn)的固態(tài)電池生產(chǎn)線，該公司的固態(tài)電池的單體能量密度能夠達(dá)到400Wh/kg。

北汽產(chǎn)投此次與中銀投資共同主導(dǎo)的C輪投資并未對外透露金額，但顯而易見的是，這是北汽集團(tuán)部署固態(tài)電池的重要一步。

與北汽集團(tuán)靠“買買買”來獲取技術(shù)基礎(chǔ)不同，比亞迪走的是自研動力電池的路線，這一前提是比亞迪在電池領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累。

2016年，比亞迪就確定將固態(tài)電池作為下一代動力電池的發(fā)展路線，隨后，比亞迪申請了一種全固態(tài)鋰離子電池及其正極復(fù)合材料的發(fā)明專利。2018年，比亞迪再次確認(rèn)將固態(tài)電池作為發(fā)展重點(diǎn)，并著手推動固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)。

據(jù)了解，比亞迪將會在未來5-10年內(nèi)推出固態(tài)動力電池產(chǎn)品，并將其應(yīng)用在新能源汽車上。

2、新造車公司：蔚來、天際、愛馳、哪吒已入局

新造車公司也被固態(tài)電池技術(shù)吸引入局，目前，天際汽車、蔚來汽車與愛馳汽車已經(jīng)先后與臺灣電池公司輝能科技達(dá)成合作。哪吒汽車則選擇了與北汽集團(tuán)相同固態(tài)電池公司——清陶能源。

在今年4月的上海車展期間，天際汽車展出了搭載固態(tài)電池的天際ME7樣車，吸引了眾多好奇的目光。隨后不久，該公司便宣布了與輝能科技的合作事宜。據(jù)了解，該公司在2018年就量產(chǎn)了450Wh/L的固態(tài)電池。

不過需要指出的是，該公司所采用的方案是目前久違成熟的無機(jī)氧化物固態(tài)電解質(zhì)方案，雖然技術(shù)路線較為成熟，但這一路線固態(tài)電池的性能潛力較為有限。

不過作為國內(nèi)為數(shù)不多的能夠量產(chǎn)固態(tài)電池的企業(yè)，輝能科技也吸引了另外兩家新造車公司——蔚來汽車與愛馳汽車。這兩家公司分別在9月底與輝能科技達(dá)成了合作，輝能科技將以自主研發(fā)的高電壓鋰陶瓷電池為基礎(chǔ)，分別與蔚來汽車、愛馳汽車展開合作，開發(fā)輝能MAB固態(tài)電池包。

另一家新造車公司，哪吒汽車則是在2019年10月與清陶能源達(dá)成了合作，選擇相信國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)頭羊北汽的眼光。

綜合國內(nèi)整車廠的固態(tài)電池研發(fā)情況與落地時(shí)間表，我們可以發(fā)現(xiàn)一個特點(diǎn)：

國內(nèi)固態(tài)動力電池的研發(fā)落地被分為了三個階段：

第一階段，2016年-2020年，研發(fā)階段；

第二階段，2021年-2025年，初步投入應(yīng)用；

第三階段，2025年-2030年，大規(guī)模量產(chǎn)落地。

屆時(shí)，大規(guī)模量產(chǎn)落地的全固態(tài)電池將能夠滿足《中國制造2025》中，對于2030年國內(nèi)動力電池密度達(dá)到500Wh/kg的要求。

四、19家國內(nèi)動力電池公司研發(fā) 固態(tài)電池還未到量產(chǎn)階段

雖然國內(nèi)整車廠入局固態(tài)動力電池市場的玩家較少，不過在動力電池產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)，固態(tài)電池已經(jīng)成為了兵家必爭之地。據(jù)了解，目前國內(nèi)包括寧德時(shí)代、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)、萬向123、輝能科技、力神電池、億緯鋰能在內(nèi)的19家動力電池公司已開始固態(tài)電池的研發(fā)。

國內(nèi)市場的動力電池供應(yīng)商們從過去動力電池的市場份額爭奪戰(zhàn)中，領(lǐng)悟到了誰先入局，誰就可能成長為獨(dú)角獸的定律。因此國內(nèi)動力電池供應(yīng)商對于固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)最為積極，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，共有19家動力電池供應(yīng)商開始布局固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)，寧德時(shí)代、輝能科技、萬向123等公司的進(jìn)展目前較快。

其中，寧德時(shí)代所選擇的路線是目前開發(fā)潛力最大、難度也最大的硫化物電解質(zhì)路線。2016年10月，寧德時(shí)代新能源研究院柳娜博世詳細(xì)介紹了寧德時(shí)代在硫化物固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)路徑：

寧德時(shí)代主要以硫化物電解質(zhì)為主要研發(fā)方向，采用正極包覆與熱壓的方式來解決界面電阻問題；同時(shí)對硫化物進(jìn)行改性，增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性。但基于理性分析，寧德時(shí)代表示，目前全固態(tài)電池距離商業(yè)化仍有一段較長的距離。

輝能科技與清陶能源所走的都是無機(jī)氧化物電解質(zhì)路線，以此來生產(chǎn)非薄膜型固態(tài)電池，這類電池的離子電導(dǎo)率隨不如硫化物固態(tài)電池，但也遠(yuǎn)好于聚合物固態(tài)電池。

輝能科技于2013年就實(shí)現(xiàn)了此類固態(tài)電池的量產(chǎn)，但主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橄M(fèi)電子領(lǐng)域，近兩年才轉(zhuǎn)向汽車動力電池。由于動力電池對于安全性、穩(wěn)定性以及能量密度的要求更高，因此輝能科技目前還處于與整車廠進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證的階段。

萬向123的打法與前兩者稍有不同，該公司主要采取外部投資與內(nèi)部研發(fā)并舉的策略。在對外投資方面，該公司先后投資了固態(tài)電池公司Solid Power以及美國固態(tài)電池公司Ionic Materials。

萬向一二三通過將Ionic Materials研發(fā)的導(dǎo)電離子聚合物與自家的三元 /石墨鋰離子材料相結(jié)合發(fā)出了一款具有高能量密度，高安全性的全固態(tài)電池，該公司表示，這一類型的固態(tài)電池有望在2022年正式應(yīng)用于電動汽車產(chǎn)品。

五、博世、戴森、NGK|NTK跨界進(jìn)入固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)

事實(shí)上，除了上述被提及的整車廠、動力電池供應(yīng)商之外，還有零部件供應(yīng)商以及其他領(lǐng)域的玩家跨界進(jìn)入了固態(tài)動力電池領(lǐng)域。

其中最具代表性的就是博世、戴森以及日本火花塞制造商N(yùn)GK三家公司。

2017年固態(tài)電池的研發(fā)熱潮興起之時(shí)，博世曾經(jīng)收購固態(tài)電池初創(chuàng)公司Seeo，并曾表示將會在2020年之前推出總體能量密度超過260Wh/kg的固態(tài)電池包。

2017年12月，該公司還曾考慮投資200億歐元，在2030年之前建立起年產(chǎn)能200GWh的動力電池工廠，以此來與松下、LG、寧德時(shí)代等全球一線的動力電池供應(yīng)商們競爭。

不過很快，在2018年2月，博世就宣布放棄動力電池以及固態(tài)電池的研發(fā)項(xiàng)目，并宣布解散博世旗下的動力電池合資公司“Lithium Energy and Power GmbH＆Co. KG（LEAP）”，并出售其固態(tài)電池子公司Seeo。

與此同時(shí)，博世在一份聲明中給出了他們放棄固態(tài)電池與動力電池技術(shù)開發(fā)的原因，主要的理由是投資風(fēng)險(xiǎn)過高，目前難以判斷是否能給博世集團(tuán)帶來回報(bào)。

另一家傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)零部件供應(yīng)商N(yùn)GK|NTK也宣布開始研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，該公司主營業(yè)務(wù)原本為發(fā)動機(jī)火花塞與氧傳感器，但其高級工程與研發(fā)總經(jīng)理Takio認(rèn)為：“（汽車）行業(yè)在某種程度上將不可避免地從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向電池電動汽車，最終導(dǎo)致我們的火花塞和氧傳感器業(yè)務(wù)過時(shí)?！?

▲火花塞制造商N(yùn)GK|NTK試生產(chǎn)的固態(tài)電池樣品

因此，NGK|NTK在2018年4月宣布將大力研發(fā)固態(tài)電池項(xiàng)目，該公司表示，他們過去在先進(jìn)陶瓷工藝方面的專業(yè)技術(shù)將為該公司的固態(tài)電池研發(fā)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

戴森入局固態(tài)電池的動機(jī)與博世和NGK不同，該公司并不想成為一家固態(tài)電池供應(yīng)商，而是想要自己打造電動汽車。

2015年，戴森以9000萬美元的價(jià)格收購了美國固態(tài)電池初創(chuàng)公司Sakti3，并在第二年斥資14億美元建造了固態(tài)電池工廠。當(dāng)固態(tài)電池的研發(fā)步入正軌之后，戴森在2017年正式宣布了進(jìn)軍電動汽車產(chǎn)業(yè)，致力于打造高端電動汽車品牌。

在隨后的兩年里，電動汽車的浪潮席卷全球，但戴森并沒有如人們預(yù)料地推出電動汽車的樣品。時(shí)間來到了2019年10月10日（北京時(shí)間10月11日），當(dāng)天凌晨，戴森正式宣布放棄電動汽車項(xiàng)目，并聲稱該公司已經(jīng)研發(fā)出了電動汽車的原型車，但并沒有為找到該產(chǎn)品的目標(biāo)用戶。

不過，根據(jù)戴森公開信中透露出的信息，戴森公司并沒有打算放棄已經(jīng)投入海量資源的固態(tài)電池項(xiàng)目，并將繼續(xù)推動固態(tài)電池的量產(chǎn)與落地。

雖然跨界的玩家并不多，但從投入金額與部署力度來看，傳統(tǒng)汽車零部件供應(yīng)商與其他領(lǐng)域的玩家也非?？春霉虘B(tài)動力電池的前景。

六、產(chǎn)業(yè)尚處于早期發(fā)展階段 三條技術(shù)路線并行

盡管眾多整車廠、Tier1、動力電池供應(yīng)商已經(jīng)涌入固態(tài)電池領(lǐng)域，提前開啟了卡位賽模式。但從第一部分對比過的成本與技術(shù)成熟度的角度上來看，固態(tài)電池仍處于產(chǎn)業(yè)的早期發(fā)展階段，距離真正的量產(chǎn)落地還有相當(dāng)長的一段時(shí)間。

目前確定搭載固態(tài)電池并開始量產(chǎn)的車型也僅有奧迪PB18 e-tron一款，第一批只生產(chǎn)50輛。據(jù)了解，這一車型的售價(jià)將會頗為昂貴。其中，恐怕有一大部分成本屬于車輛內(nèi)部的固態(tài)電池。

據(jù)了解，奧迪的這款純電超跑將會配置800V的高壓電氣架構(gòu)，在動力方面，奧迪PB18 e-tron將會搭載三電機(jī)動力系統(tǒng)，與Quattro全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)相配合，其輸出功率可達(dá)到500kW，如果通過增壓，這一功率可以在一段時(shí)間內(nèi)沖到570kW。而其高達(dá)830N/m的組合扭矩使其0-100km/h的加速時(shí)間縮短到了2秒以內(nèi)，這個數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到了目前勒芒賽車的水平。據(jù)外媒報(bào)道，這款車型的WLTP續(xù)航里程將可能超過500公里。

顯然，奧迪在固態(tài)電池上的投資是值得的，固態(tài)電池將擁有遠(yuǎn)超三元鋰電池的充放電功率、循環(huán)壽命以及輕量化的電池系統(tǒng)，這些條件將為PB18 e-tron這款電動超跑帶來一般電動汽車無法媲美的性能。

1、技術(shù)難點(diǎn)：固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低、高界面阻抗

那么，既然固態(tài)電池能夠?yàn)殡妱悠囂峁┤绱藘?yōu)秀的性能，為何沒有盡快投入實(shí)用呢？

正如文章第一部分所提到的，固態(tài)電解質(zhì)材料雖然在安全性與部分電化學(xué)性能上優(yōu)于液態(tài)電解質(zhì)，但由于其固體的形態(tài)，也存在著先天的缺陷。

眾所周知，化學(xué)反應(yīng)所選擇的介質(zhì)通常會選擇液體，這是因?yàn)殡x子在液態(tài)的物質(zhì)中更容易移動，也更容易發(fā)生反應(yīng)。

固態(tài)電解質(zhì)的第一大技術(shù)難點(diǎn)就是鋰離子的遷移效率，這直接影響了固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。據(jù)了解，目前絕大多數(shù)的固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率在10^-7—10^-2 S/cm之間，而目前三元鋰電池所使用的液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率為10^-2 S/cm，絕大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率低于液態(tài)電解質(zhì)，影響了固態(tài)電池的實(shí)用性能。

另一個問題出在固態(tài)電解質(zhì)與電極的接觸上，液態(tài)電解質(zhì)可以最大限度地與電極保持接觸，而固態(tài)電解質(zhì)與電極之間很難做到完美貼合，如此一來，電極與電解質(zhì)之間的界面阻抗就會上升，同樣影響固態(tài)電池的實(shí)用性能。

2、三大技術(shù)路線：聚合物、無機(jī)氧化物、無機(jī)硫化物

針對上述的技術(shù)難點(diǎn)，近十年內(nèi)，學(xué)界與業(yè)界不斷涌現(xiàn)出新的解決方案。目前，已經(jīng)有三條較為成熟的技術(shù)路線：聚合物電解質(zhì)、無機(jī)氧化物電解質(zhì)以及無機(jī)硫化物電解質(zhì)。

a.聚合物電解質(zhì)：

材料：聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等。

研究公司：寧德時(shí)代、Solid Power、Seeo、ionic materials、Bollore集團(tuán)子公司BatScap。

使用這一電解質(zhì)的固態(tài)電池率先實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，技術(shù)已經(jīng)較成熟，易于加工、電極界面阻抗可控。但其性能上限較低，高溫條件下才具備高離子電導(dǎo)率，室溫條件下離子電導(dǎo)率極低。這些條件限制了聚合物固態(tài)電池的能量密度上限，最終能量密度很難超過300Wh/kg。

法國博洛雷公司最先將這類固態(tài)電池商業(yè)化，2011年12月，該公司將搭載30kWh固態(tài)聚合物電池+雙電層電容器動力系統(tǒng)的電動車推向共享汽車市場，共計(jì)投入2900輛，設(shè)立900座服務(wù)站與近4500臺充電樁。服務(wù)用戶合計(jì)達(dá)到18萬人以上，其中近4成的約7萬人為活躍用戶，每天的利用次數(shù)約為1.8萬次。

但早期的技術(shù)限制使得該項(xiàng)目并不具備大規(guī)模商業(yè)化的價(jià)值，該電池能量密度僅為110Wh/kg，并需要配備200W的加熱元件為其加溫。停車時(shí)，該加熱器也需要處于工作狀態(tài)，停車時(shí)必須連接充電器，電池功率密度低，使得需要為緊急起步、緊急加速等大功率放點(diǎn)場景配備雙電層電容器。如此一來，這類聚合物固態(tài)電池的實(shí)用價(jià)值就大打折扣了。

b.無機(jī)氧化物電解質(zhì)：

材料：薄膜型（LiPON）、非薄膜型（LLZO）。

研究公司：Sakti3、Quantum Scape、muRata、TDK、NGK|NTK。

無機(jī)氧化物電解質(zhì)對比上述聚合物電解質(zhì)，在室溫下?lián)碛懈叩碾x子電導(dǎo)率，但界面阻抗也更高。但好在界面阻抗可以采用緩沖層填充等方法來進(jìn)行規(guī)避，因此這類固態(tài)電池已經(jīng)具備實(shí)用價(jià)值，并且已有產(chǎn)品投入市場。

應(yīng)用無機(jī)氧化物電解質(zhì)的固態(tài)電池又可以分為薄膜型固態(tài)電池與非薄膜型固態(tài)電池。

薄膜型固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)是性能優(yōu)異，能在50C的工作環(huán)境下，循環(huán)45000次后，仍然保持95%的電池容量。但缺點(diǎn)是擴(kuò)容困難，單體薄膜型固態(tài)電池的容量很小，不到mAh級別，對于動力電池所需的Ah級別，需要串聯(lián)大量薄膜電池來實(shí)現(xiàn)，這一過程會使得固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝難度增加，造價(jià)直線飆升。

對比之下，非薄膜型固態(tài)電池的實(shí)用性能要高得多，其離子電導(dǎo)率略低于薄膜型產(chǎn)品，但遠(yuǎn)高于聚合物體系，且可以生產(chǎn)成容量型電池而非薄膜型態(tài)，減少了生產(chǎn)成本，是當(dāng)下中國動力電池企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，上文中提到的輝能科技與清陶能源都選擇了這條路線。

c.無機(jī)硫化物電解質(zhì)：

材料：Thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS。

研究公司：豐田、松下、寧德時(shí)代、三星SDI。

這條路線是目前三條主流路線中開發(fā)難度最大、性能潛力也最大的一條路線。

開發(fā)難度大主要是由于該電解質(zhì)材料還處于研發(fā)的早期階段，電池產(chǎn)品對環(huán)境十分敏感，也存在安全問題。其內(nèi)部的硫化物電解質(zhì)對空氣敏感，容易氧化，遇水易產(chǎn)生 H2S 等有害氣體，生產(chǎn)過程需隔絕水分和氧氣。

而性能潛力大則是因?yàn)榱蚧镫娊赓|(zhì)離子電導(dǎo)率能與液態(tài)電解質(zhì)媲美；電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上，可滿足快充快放的需求；并且應(yīng)用前景廣泛，能夠用于電動汽車、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

因此，匯聚在這一條路線上的幾乎都是動力電池產(chǎn)業(yè)最頂尖的玩家。據(jù)了解，豐田已經(jīng)研發(fā)出了Ah級別的動力電池，并制成了較大的電池組樣品，寧德時(shí)代也已對硫化物固態(tài)電池進(jìn)行了前瞻布局，并設(shè)計(jì)好了工藝路線。

三條路線綜合來看，聚合物電解質(zhì)、無機(jī)氧化物電解質(zhì)、無機(jī)硫化物電解質(zhì)的性能各有優(yōu)劣，且因?yàn)榧夹g(shù)的成熟程度不同，未來落地的時(shí)間表也有所不同。

不過從車企與動力電池公司規(guī)劃的時(shí)間表來看，固態(tài)電池的落地節(jié)奏依然有跡可循。據(jù)了解，這一技術(shù)最早將會在明年小范圍地量產(chǎn)上車，早期將會集中配置在高端車型上。真正大規(guī)模實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)落地，在消費(fèi)級市場普及將會在2025年之后。因此，目前固態(tài)動力電池產(chǎn)業(yè)仍然只是車企與動力電池供應(yīng)商的卡位賽，距離落地還有一段距離。

結(jié)語：固態(tài)動力電池風(fēng)口即將到來

固態(tài)電池因其高能量密度、安全性、穩(wěn)定性，被學(xué)界與業(yè)界同時(shí)認(rèn)定為是下一代動力電池的主流路線，豐田、寶馬、本田、日產(chǎn)、現(xiàn)代、大眾等國際車企與北汽、比亞迪等自主品牌紛紛擠進(jìn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)，提前開始了卡位賽。

雖然固態(tài)電池的落地在整車廠、動力電池供應(yīng)商的時(shí)間表中大多還有3-6年的時(shí)間，但車企、供應(yīng)商的入局為這一產(chǎn)業(yè)帶來了資金基礎(chǔ)，固態(tài)電池技術(shù)的成熟速度有望被加快。

尤其是三條清晰的技術(shù)路線為當(dāng)下產(chǎn)業(yè)內(nèi)的公司提供了明確的研發(fā)路徑的選擇，當(dāng)三元鋰電池再難滿足電動汽車的需求時(shí)，外部環(huán)境將會促使固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)從發(fā)展期迅速過度到成熟期。

綜合入局玩家數(shù)量、資金基礎(chǔ)以及電動汽車產(chǎn)業(yè)的需求三點(diǎn)來看，固態(tài)動力電池產(chǎn)業(yè)的風(fēng)口或許很快就會到來。