“押注”固態(tài)電池！美日韓七大企業(yè)研發(fā)最新進(jìn)展

DT新材料 · 2023-11-28 13:57:00

固態(tài)電池是全球多個(gè)國(guó)家角逐的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，被視為下一代動(dòng)力電池，近年來(lái)美、日、韓等多家頭部電池及汽車(chē)企業(yè)也紛紛加碼產(chǎn)能建設(shè)、加大研發(fā)投入、投資初創(chuàng)企業(yè)，“押注”固態(tài)電池......

固態(tài)電池得益于其高容量、高安全性等優(yōu)勢(shì)受到全球各大巨頭以及初創(chuàng)企業(yè)的關(guān)注，近期相關(guān)技術(shù)布局、產(chǎn)線落地、裝車(chē)投產(chǎn)等動(dòng)態(tài)不斷。

從國(guó)內(nèi)來(lái)看，以市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)為主的電池產(chǎn)業(yè)鏈眾多企業(yè)主要將目光先放在了可落地的半固態(tài)電池中間方案上。電池企業(yè)方面，例如有蜂巢能源的果凍電池，贛鋒鋰業(yè)的第二代固態(tài)電池，國(guó)軒高科高比能半固態(tài)電池、億緯鋰能軟包半固態(tài)電池，寧德時(shí)代凝聚態(tài)電池等，產(chǎn)能投資已超750億元。車(chē)企方面，目前已有東風(fēng)、蔚來(lái)、賽力斯等品牌有半固態(tài)車(chē)型交付，此外上汽、長(zhǎng)安、廣汽、北汽等也均計(jì)劃裝車(chē)中。

除國(guó)內(nèi)企業(yè)外，近年來(lái)美、日、韓等多家頭部電池及汽車(chē)企業(yè)也紛紛加碼產(chǎn)能建設(shè)、加大研發(fā)投入、投資初創(chuàng)企業(yè)，“押注”固態(tài)電池。

目前這些海外企業(yè)進(jìn)展如何？

以下就各家發(fā)展現(xiàn)況及近期動(dòng)態(tài)作簡(jiǎn)要盤(pán)點(diǎn)，其中包括美國(guó)Solid Power、Factorial Energy、Quantum Scape；韓國(guó) SK On、三星 SDI、 LG 新能源；日本豐田。

美國(guó)

（1）Solid Power

11月7日，據(jù)美國(guó)全固態(tài)電池企業(yè)Solid Power公告顯示，公司已生產(chǎn)出首批固態(tài)電池A樣品，并將其交付寶馬汽車(chē)，正式進(jìn)入汽車(chē)資質(zhì)認(rèn)證，同時(shí)這些電池也將用于后續(xù)寶馬的示范項(xiàng)目。此外今年初，寶馬已從Solid Power獲得研發(fā)許可，后續(xù)將在其位于德國(guó)慕尼黑附近的電池制造能力中心建立一條固態(tài)電池的原型生產(chǎn)線，并計(jì)劃在2025年之前推出第一輛基于Solid Power電池技術(shù)的原型車(chē)。

Solid Power 成立于 2011 年，最早由科羅拉多大學(xué)孵化，主營(yíng)硫化物基固態(tài)電池及電解質(zhì)，公司合作伙伴包括寶馬、福特、SK Innovation等。量產(chǎn)進(jìn)度方面，2022年公司完成其硫化物基全固態(tài)電池試生產(chǎn)線安裝，年產(chǎn)能達(dá)15,000個(gè)電池，預(yù)計(jì)今年年底之前將第一批電池單體交付測(cè)試，2026年啟動(dòng)批量生產(chǎn)。

在技術(shù)方面，據(jù)官網(wǎng)信息顯示，Solid Power目前固態(tài)電池單體采用傳統(tǒng)鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）正極，高倍率硅基負(fù)極以及硫化物固態(tài)電解質(zhì)組裝。公司規(guī)劃電池單體能量密度達(dá)390Wh/kg，在此基礎(chǔ)上通過(guò)替換正負(fù)極材料最高能量密度預(yù)計(jì)可達(dá)560Wh/kg，同時(shí)批量生產(chǎn)可適用傳統(tǒng)鋰離子電池產(chǎn)線。

圖片來(lái)源：Solid Power

?（2）Factorial Energy

2023年10月，美國(guó)電池公司Factorial Energy表示，已將超過(guò) 100 Ah 的鋰金屬電池 A 樣品交付給汽車(chē)制造商進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)公司表示在馬薩諸塞州梅休恩 (Methuen) 投資5000萬(wàn)美元建設(shè)的200MWh固態(tài)電池裝配線進(jìn)展順利，建成后將是美國(guó)迄今為止最大的固態(tài)電池生產(chǎn)線。不過(guò)，值得一提的是，公司和國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)類(lèi)似選擇了凝膠電解質(zhì)，即半固態(tài)電解質(zhì)這一過(guò)渡路線。

Factorial Energy成立于2020年，總部位于馬薩諸塞州沃本，是美國(guó)眾多試圖將固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化的初創(chuàng)企業(yè)之一。就在去年，公司還獲得2億美元的D輪融資，由梅賽德斯-奔馳和Stellantis領(lǐng)投。在技術(shù)路線方面，公司通過(guò)階乘電解質(zhì)系統(tǒng)技術(shù)(FEST)，可將半固態(tài)電解質(zhì)材料集成到現(xiàn)有的鋰離子電池制造設(shè)備中，并顯著降低生產(chǎn)成本。

（3）Quantum Scape

10月25日，美國(guó)初創(chuàng)全固態(tài)電池公司Quantum Scape 更新了其固態(tài)電池測(cè)試數(shù)據(jù)，其中整車(chē)客戶(hù)測(cè)試的電池是A0樣品，正極面容量達(dá)3.1mAh/平方厘米，已與高鎳液體鋰離子電池相關(guān)參數(shù)接近。在C/3充電以及C/2放電的測(cè)試條件，100%DoD下循環(huán)1000次容量保持率達(dá)95%。

Quantum Scape 公司由斯坦福大學(xué)科學(xué)家Jagdeep Singh、Fritz Prinz和Tim Holme三人創(chuàng)立，擁有超過(guò)200項(xiàng)固態(tài)電池專(zhuān)利技術(shù)。公司投資方包括比爾·蓋茨、大眾集團(tuán)、德國(guó)馬牌集團(tuán)和上汽集團(tuán)等。在技術(shù)路線方面，Quantum Scape采用的是氧化物固態(tài)電解質(zhì)路線。

韓國(guó)

（4）LG 新能源

2023年9月，LG新能源表示將于梧倉(cāng)能源園區(qū)興建半固態(tài)電池生產(chǎn)線，目標(biāo)2026年商用化，能量密度大約在650Wh/L。

在研發(fā)方面，據(jù)LG新能源在2023年世界動(dòng)力電池大會(huì)上透露，在半固態(tài)成熟后，隨后將使用更高容量的負(fù)極，如硅或金屬鋰，來(lái)提升能量密度。2028年將推出750Wh/L的聚合物固態(tài)電池和完成硫化物全固態(tài)電池開(kāi)發(fā)，2030年推出超過(guò)900Wh/L的硫化物全固態(tài)電池。目前LG新能源正與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）、首爾大學(xué)等進(jìn)行全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研合作。

（5）三星SDI

三星SDI繼2023年3月全固態(tài)試產(chǎn)線竣工后，于6月生產(chǎn)硫化物系全固態(tài)電池樣品，目前位于首爾南部水原研發(fā)中心的固態(tài)電池試點(diǎn)生產(chǎn)線（S-line）已完工，正在進(jìn)行全固態(tài)電池材料的驗(yàn)證。

量產(chǎn)進(jìn)度方面，據(jù)預(yù)計(jì)，公司將在2025年開(kāi)發(fā)出大型電池生產(chǎn)技術(shù)；最后，計(jì)劃2027年在蔚山量產(chǎn)全固態(tài)電池。此前2023年8月，三星SDI傳出將擴(kuò)建蔚山工廠，興建LFP電池、全固態(tài)電池等產(chǎn)線，工廠占地面積將擴(kuò)大1倍。

從技術(shù)來(lái)看，三星 SDI 的全固態(tài)電池結(jié)合了 NCA 高鎳技術(shù)、高性能硫化物型固態(tài)電解質(zhì)、堆疊技術(shù)，同時(shí)計(jì)劃通過(guò)納米銀粒子碳復(fù)合材料等，減少負(fù)極厚度，加入更多硫化物正極材料的方式，改善電池容量及能量密度，且可防止負(fù)極產(chǎn)生鋰枝晶（Lithium Dendrite）現(xiàn)象，提高電池壽命并降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

（6）SK On

目前，SK on正在研發(fā)兩款全固態(tài)電池：聚合氧化物復(fù)合材料固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池，公司計(jì)劃2026年完成這兩款電池的早期原型，并在2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。目前SK on忠清南道大田市電池研究中心預(yù)計(jì)將于2024年完工。

技術(shù)方面，此前公司已與檀國(guó)大學(xué)團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)了新款氧化物固態(tài)電解質(zhì)，具有全球最高鋰離子電導(dǎo)率，鋰離子傳導(dǎo)性相較既有成果改善70%，達(dá)1.7 mS/cm，同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)還能均勻控制LLZO微觀結(jié)構(gòu)，從而確保材料的空氣穩(wěn)定性。由于化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)秀，與正極物質(zhì)較不會(huì)起反應(yīng)，可抑制鋰枝晶現(xiàn)象產(chǎn)生，因此負(fù)極可使用鋰金屬代替石墨，電池容量也將大幅增加。

日本

（7）豐田

2023年10月，豐田宣布與日本石化巨頭出光興產(chǎn)（Idemitsu Kosan）合作研發(fā)全固態(tài)電池，后續(xù)將在日本千葉縣的出光興產(chǎn)工廠內(nèi)，設(shè)立小型的固態(tài)電解質(zhì)量產(chǎn)設(shè)備并進(jìn)行試生產(chǎn)。據(jù)報(bào)道，豐田和出光興產(chǎn)自2013年開(kāi)始持續(xù)開(kāi)展聯(lián)合研究，兩家企業(yè)關(guān)于硫化物固體電解質(zhì)的專(zhuān)利數(shù)共計(jì)達(dá)到195項(xiàng)，居世界前列。

豐田汽車(chē)擁有全球最多的全固態(tài)電池專(zhuān)利，2023年7月，豐田汽車(chē)宣布了不含液態(tài)電解液的全固態(tài)電池將在2027年量產(chǎn)裝車(chē)。同期，豐田正式宣布，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了克服電解質(zhì)體積變化導(dǎo)致全固態(tài)電池循環(huán)壽命較短這一難題的新技術(shù)，其研發(fā)的全固態(tài)電池充電不到 10 分鐘即可行駛約 1200 公里。同時(shí)豐田計(jì)劃通過(guò)固態(tài)電池的突破，到2026年將純電動(dòng)汽車(chē)的全球銷(xiāo)量提高到150萬(wàn)輛，到2030年增至350萬(wàn)輛，實(shí)現(xiàn)純電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的恢復(fù)。

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