固態(tài)電池大戰(zhàn)在即，誰能突破技術(shù)瓶頸成為王者？

在雙碳目標(biāo)驅(qū)動的交通電動化加速轉(zhuǎn)型過程中，動力電池創(chuàng)新成為強化新能源汽車競爭水平、打造國家產(chǎn)業(yè)競爭力、穩(wěn)固企業(yè)競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵，無論是新能源汽車先發(fā)國還是追趕國，或是動力電池鏈條各企業(yè)主體，紛紛瞄準(zhǔn)新技術(shù)并布局新一代動力電池。當(dāng)前動力電池創(chuàng)新潛力還很大，新技術(shù)競爭格局遠(yuǎn)未形成，各市場主體有望通過創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展重塑市場與產(chǎn)業(yè)格局。

(相關(guān)資料圖)

2023年5月31日，上汽集團和清陶能源簽署增資擴股協(xié)議和戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，將進一步深化雙方長期、共贏的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，率先推動2025年實現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)“10萬輛級”大規(guī)模量產(chǎn)落地，依托全球領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)為消費者打造真正安全節(jié)能、高性價比的“爆款電動車”。

在固態(tài)電池上，上汽一改此前的風(fēng)格，出手迅猛，量產(chǎn)應(yīng)用時間表領(lǐng)先全行業(yè)，試圖鎖定固態(tài)電池技術(shù)釋放的首批紅利。的確每一輪技術(shù)迭代，都將帶來產(chǎn)業(yè)格局重塑的機會。掌控顛覆性技術(shù)的企業(yè)，或能逆襲而上。

車百智庫作為一家由中國電動汽車百人會聯(lián)合權(quán)威機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)共同發(fā)起成立的專業(yè)研究機構(gòu)，基于此，課題組在《創(chuàng)新驅(qū)動新一代電池繁榮》中，通過多方調(diào)研、咨詢和討論，對動力電池創(chuàng)新，尤其是固態(tài)電池發(fā)展進行了深度解讀，供行業(yè)人士參考。

問題一：在固態(tài)電池領(lǐng)域，哪個國家擁有最多專利？中國近三年來有何研發(fā)突破？

日本固態(tài)電池相關(guān)專利擁有量全球領(lǐng)先，中國近 3 年加大固態(tài)電池的研發(fā)布局。

在全球范圍內(nèi)，對 1990 年-2021 年3 月固態(tài)電池相關(guān)專利總擁有量進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析。在地域方面，日本擁有固態(tài)電池專利最多，占比達到 28%；其次是中國，占比達到 22%；美國和韓國的占比分別為 14%和 5%。其中中國自 2018 年起，固態(tài)電池相關(guān)專利在數(shù)量和增速上都有大幅提升，到 2019 年專利總擁有量已超越美國，位于全球第 2。

在專利主體方面，日本豐田公司固態(tài)電池相關(guān)專利擁有數(shù)遙遙領(lǐng)先于其他國家的企業(yè)，目前全球排名前 5 的企業(yè)均集中在日韓企業(yè)德國的博世、美國的 QuantumScape、中國的鋒新能源和清陶新能源均進入前10，但 4 家企業(yè)總專利數(shù)不及豐田的 1/4。

問題二：固態(tài)電池領(lǐng)域的全球德韓爭霸戰(zhàn)，誰或?qū)⒊蔀殡姵亟绲墓虘B(tài)領(lǐng)先者？

固態(tài)電池的競爭呈現(xiàn)出全球角力的態(tài)勢，日韓、歐美、中國等均在積極布局以期望搶占先機。目前來看，固態(tài)電池領(lǐng)域市場參與者眾多，電池企業(yè)、整車企業(yè)、科研院所、投資機構(gòu)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，均在進行研發(fā)和布局，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程不斷加速。

其中，日韓企業(yè)以豐田、三星 SDI、日立等為代表，主要走硫化物路線，技術(shù)積累深厚，具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢，且聯(lián)合研發(fā)趨勢明顯，如豐田和松下、三星 SDI 和 SKI 以及 LG 化學(xué)，歐美科研機構(gòu)和固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)是主力軍，各大車企紛紛投資，包括 Solid Power、Ouantum Scape、 lonicMaterials 等，研發(fā)以氧化物和聚合物路線為主，基礎(chǔ)材料科研能力強。

我國部分固態(tài)電池企業(yè)如衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源等，主要依托高校及研究機構(gòu)科技成果轉(zhuǎn)化而來，研發(fā)以氧化物路線為主，與車企合作緊密，如 2019 年北汽投資清陶能源，輝能與蔚來達成戰(zhàn)略合作，共同打造采用輝能 MAB 固態(tài)電池包的樣車等，另外如寧德時代等傳統(tǒng)電池企業(yè)在硫化物路線方面也有所布局。

問題三：固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨哪些瓶頸？

1、電導(dǎo)率低、固固界面、金屬負(fù)極等是目前固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展的普遍技術(shù)難點，日韓在硫化物的技術(shù)壟斷地位可能會在一定程度上限制我國的發(fā)展。

2、全固態(tài)鋰電池與正極材料體系兼容度高，對負(fù)極、隔膜、電解液會造成一定影響。

3、固態(tài)電池成本高于當(dāng)前商用化液態(tài)電池。電解質(zhì)材料變化、少部分工藝改變、量產(chǎn)質(zhì)量控制經(jīng)驗不足等因素，導(dǎo)致目前混合固液電池成本仍較高。根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研和測算，以 NCM811 液態(tài)電芯和NCM811 混合固液電芯為例，混合固液電芯成本相比液態(tài)電芯成本增加約 80%，其中固態(tài)電解質(zhì)成本是主要新增成本，也是混合固液電池中的主要成本中心，占比約達 50%；少部分工藝改動、量產(chǎn)質(zhì)量控制經(jīng)驗不足、尚未進入大規(guī)模量產(chǎn)等因素也導(dǎo)致混合固液電池成本增高。而全固態(tài)電池成本相比混合固液電池會進一步增加，一方面，由于固態(tài)電解質(zhì)用量的增加，另一方面，由于全固態(tài)電池工藝與液態(tài)電池相比變化較大，新增設(shè)備折舊攤銷、產(chǎn)品質(zhì)量控制能力缺乏、工程驗證周期長等因素也會加大成本。

4、固態(tài)電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系亟須建立。固態(tài)電池命名、尺寸、性能測試、安全測試等標(biāo)準(zhǔn)需建立和完善。目前固態(tài)電池的命名、尺寸等缺少明確定義和規(guī)范，一方面，需要對固態(tài)電池的分類、命名等準(zhǔn)則進行規(guī)范，如明確混合固態(tài)電池、全固態(tài)電池等固態(tài)電池的定義，減少投資和研發(fā)的無效浪費。

另一方面，基于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 34013-2017，結(jié)合刀片電池、固態(tài)電解質(zhì)特點等行業(yè)多年發(fā)展經(jīng)驗，制定更精簡的動力電池尺寸規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) （現(xiàn)行國標(biāo)中規(guī)定的電池尺寸型號多達 145 種），助力行業(yè)規(guī)模化發(fā)展。在電池性能測試和安全測試方面，固態(tài)電池不太適用直接沿用現(xiàn)有的液態(tài)鯉電池標(biāo)準(zhǔn)，需要加強測試規(guī)范，促進行業(yè)向更高質(zhì)量方向發(fā)展，如增加高溫大倍率充電測試、增加超低溫放電測試、對針刺和擠壓等安全測試標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件要求更加嚴(yán)苛等。

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