丰田日产松下研发成功新固态电池 中国车企别吹了(图)

据界面新闻2024年1月2日报道，日本大型电池企业麦克赛尔（Maxell）开发出了圆柱形全固态电池，其容量达到200毫安时，是传统的陶瓷封装型（方形）容量的25倍。样品最早于2024年1月出货。去年以来，日本企业在全固态电池应用方面动作频频。据新华社2023年10月12日报道，日本丰田汽车公司和日本出光兴产石油公司12日宣布，将在纯电动车用全固态电池量产方面展开合作，共同致力于固态电解质量产技术的研发和生产力提高，争取2027至2028年使全固态电池进入实用化阶段。

据两家公司联合发布的公报，本次合作研发的全固态电池使用的是硫化物固态电解质，这种固态电解质能实现大容量、大功率等特性。硫化物固态电解质使用的中间材料是硫化锂，这种材料是用石油精炼过程中的含硫副产物生产的。


图片来源：每经记者 孔泽思 摄

两家公司的合作将分三步走：第一阶段是硫化物固态电解质的研发和准备量产验证；第二阶段由出光兴产石油公司推进硫化物固态电解质的制造和量产，并由丰田汽车公司推进使用这种固态电解质的全固态电池以及搭载这种全固态电池的纯电动车研发，争取在2027至2028年将搭载这种全固态电池的纯电动车推向市场；第三阶段，两家公司将根据第二阶段业绩探讨未来的正式量产。

丰田汽车公司社长佐藤恒治当天下午在发布会上说，全固态电池能实现充电时间短、续航距离长、输出功率大等特性，并且耐高温和高电压，安全性好，能满足对动力性能要求高的跑车、需要频繁快速充电的商务用车等需求。

2023年7月，日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队，成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量。该研究通过新开发基础材料、重新研究制造工艺等方式得以实现，相关文章发表在美国《科学》杂志上。日本东京工业大的上述研究，利用高熵材料设计开发了一种高离子导电性的固体电解质，通过增加已知锂快离子导体的成分复杂性，使得锂离子电导率约为传统材料的2.3-3.8倍，从而能缩短电池充电时间。这意味着，影响电池充电性能的指标较当前传统电池相比最多可提高3.8倍，为目前全球最高水平。

目前，全球固态电池还处于研究和开发阶段，主要面临的技术难点包括不使用电解液使得其离子导电率大幅降低，影响充电性能；固体电解质之间接触性差，内阻较大等。

2023年12月26日，在国新办举行的国务院政策例行吹风会上，国家知识产权局局长申长雨介绍，在锂电池特别是固态电池领域，中国是全球主要的技术来源国之一。

截至2023年5月，全球固态电池关键技术专利申请量为20798项，其中中国有7640项，占比达36.7%；近5年，我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8%，增速位列全球第一。

据介绍，随着我国科技创新能力的持续增强，我国在新产业新赛道领域的竞争优势不断彰显，特别是以电动汽车、锂电池、太阳能电池为代表的绿色低碳产业加快发展。数据显示，2023年前11个月，我国电动汽车、锂电池、太阳能电池等产品出口分别达到2693亿元、4194亿元和2890亿元，呈现出良好的发展势头，相关产品在全球市场占有率也在持续提升。

“其中，电动汽车方面，我国新能源汽车销量排名前十位的重点企业全球有效专利量已经超过10万件，并且呈逐年快速增长势头。”申长雨表示。

丰田日产松下研发成功，中国车企别吹牛了，固态电池研发该抓紧了

比亚迪总裁王传福日前宣称，新能源汽车替代燃油车的大势已定！引发了争议。

事实上，前段时间，北方一场场暴雪，低温导致电池出现了性能问题，包括换电困难、续航打折严重，充电变慢等一系列问题，引发了新能源车的大吐槽。

新能源要取代油车，不能忽视这些问题，里程续航水平与充电补能速度应该与油车相似或者接近油车。山东交通学院能源与动力工程系褚瑞霞博士给出了一个解决方向——在电解液里加添加剂，研制凝胶态电解液甚至是固态电解质，这些都可以在一定程度上改善电解液高低温性能。



从该专家的观点来看，解决冬季电池痛点的一个重要方向是固态电池。而固态电池比使用液体电解质溶液的锂离子电池具有更高的能量密度，充电速度更快、安全性更高（隔膜）、低温不怕电量跳水（电解液）、循环寿命更长等，固态电池是决定新能源汽车能否替代燃油车一个非常重要的竞争点。

而在固态电池研发上，2023年，日产、丰田、松下都宣布固态电池研发成功以及量产时间节点。从丰田来看，充电10分钟跑1200公里，这种补能的速度，不就跟加油一样了吗？而按照这个续航里程来看，燃油车与加油站还有存在的必要吗？没有了。

因此，新能源替代燃油车，中国在固态电池上跑赢日本是关键。问题来了，中国在固态电池上，能否跑赢日本？

中日固态电池暗战打响

在固态电池方面，中日的暗战其实早已打响。

2023年2月，日产宣布全固态电池研发成功，2025年开始试生产，2028年生产一款由固态电池驱动的全新电动汽车。



该电池完全去除了电池中的液体元素，大大提高存储和电力传输的效率，将能源密度提高一倍，充电速度提高三倍。



2023年7月，丰田宣称将于2027年向市场投放配备“全固态电池”的纯电汽车，充电10分钟，行驶1200公里，续航距离延长至现有EV的2.4倍。



12月，松下也首次公开快充全固态电池，10%充到80%只需3分钟。

但是中国也在低调推进，前不久国家知识产权局局长申长雨介绍，在锂电池特别是固态电池领域，中国是全球主要的技术来源国之一。截至今年5月，全球固态电池关键技术专利申请量为20798项，其中中国有7640项，占比达36.7%；近5年，我国固态电池全球专利申请量年均增长20.8%，增速位列全球第一。

不过，在全固态电池专利申请量上，日本的优势同样明显。在相关专利上，丰田与松下分列第一与第二名。



相对于日本固态电池研发成功，国内的机构、企业也在投入大量精力发展固态电池，包括江苏清陶、北京卫蓝、赣锋锂业等头部企业已经走得较深，当然，国内主流还在走半固态的方案，前段时间，蔚来李斌亲自测试了装载于智能纯电动车ET7的半固态电池包的千里续航能力。



去年8月，同样为初创电池企业的清陶能源完成了与上汽联合开发的第一代半固态电池装车实验，将于今年在上汽智己汽车平台上实现量产。

国内的战略规划是，待技术稳定，工艺确定后成本下降，半固态电池将慢慢起量，而后逐步迭代到纯固态电池。

从产业角度，中日的固态电池竞争PK

总的来说，日本在固态电池上的研发暂时取得领先，但中国在产业链与成本上有优势。

因为固态电池首先拼的是水与电，电池生产加工离不开大量用水，固态电解质的生产加工也离不开超纯水。

其次是用电量大，固态电池要用到的离子型稀土浸取法，一吨稀土差不多要产生1500吨尾矿砂，循环用水量更是巨大。石墨化，硅料的从开采到炼硅，聚合物合成，氟化工，都要大量电力和水资源。



日本的水电费，是中国的好几倍。我们之所以搞电动车，最主要的原因是电的来源更加多元化，水力、风力、太阳能、核能、地热都可以用来发电。国内人口红利与基建能力，把电费的成本与价格打了下来。

其次是电池原材料、资源供应上，固态电池的主要原料矿产有锂、钴、镍、锰、磷、硫等，这些矿产的储量和分布对固态电池的成本和供应有重要影响，日本在锂电池的关键材料，锂、钴、镍、锰等完全依赖进口，而中国是全球最大的锂矿资源消费国。



从生产制造层面来看，固态电池技术争夺和此前的芯片风波很类似，都是国家之间的技术和经济上的竞争，在这个层面上，制造，生产体系也事关核心竞争力。

在芯片上，中国被制造设备（阿斯麦光刻机）与制程工艺（台积电）卡了脖子，但这种卡脖子情况不会在固态电池领域复现，固态电池的生产设备主要有搅拌机、叠片机、涂布机、注液机、切分机、混合设备、卷烧机等，此类生产设备目前国内已基本实现国产化。



再看市场情况，如果没有一个庞大的本土市场作为依托，固态电池的研发与投入将受到很大影响。

在中国市场，庞大的市场决定了中国的车企容错成本不一样，产业链成本优势也在，整个电动汽车的生产、电池零部件供应以及固态电池的上游原材料和设备、中游电芯材料制造和固态电池制造、下游应用市场，全产业链都在中国。

中国在固态电池上，能否跑赢日本？

综合产业与市场各方面来看，中国在固态电池研发与商用落地方面有优势，但目前日本优势更明显，丰田、日产、松下都已宣称研发成功，而这三大企业的技术底蕴与资金实力不可小觑，因为纯电要打破续航的短板的两个趋势，一个在于氢能，一个是固态电池，在氢能之外，当前包括丰田、日产都把纯电动的方案寄托在固态电池技木上，同时准备了混合动力/氢原料电池的两套替代方案。

尤其是日本技术探索多，基础材料研究创新层面领先，丰田在硫化物这条固态电池路线上已经有了丰富的技术储备，从丰田来看，过去在固态电池领域一直有投入，专利数排名世界第一。丰田在材料方面，走的是硫化物路线，它是目前理论上很好的固态电解质材料，其优势是能量密度可以轻松超过三元电池的 3 倍，但缺点就是热稳定性差。



据丰田称，其高性能版电池提高了电池能量密度，普及版电池则是将已经应用于HEV镍氢电池上的双极结构，通用到BEV电池上，续航里程比目前增加20%，充电速度达到10分钟~20分钟之内，该公司预计将在2027年开始为电动汽车生产固态电池。而松下目前正已经把固态电池用到无人机领域。



在技术专利与制造工艺层面，我们不能轻视日本的进展与积累。

如果这三大企业的带动下，日本在固态电池量产装机层面提前3~5年完成，这种电池在稳定性、耐用性、安全性、续航充电、可靠性等均优于锂电池，这可能带动日本电动汽车弯道超车，并且对现有国内电池产品造成降维打击，若在固态电池的供应链环节受制于人，国内建立起来的电车优势可能要被打掉一部分。

因此，国内车企别吹牛了，固态电池的研发要抓紧了。

领先的技术体系，成熟的生产流程，过硬的市场竞争能力与庞大的市场与产业链是决定胜负手的关键因素，从牌面上与长期竞争力上，优势还是在我们这边，不过，虽然专利数在增长，但国内一众大厂对固态电池依然采取谨慎的态度。

国内第三大动力电池厂商高级副总裁兼CTO潘芳芳此前强调：如果全固态电池到了量产的时间，而液态电池的安全性也取得了相应的进步，并且能够很好地兼顾性能、技术、成本的话，一条技术路线大规模的推广需要考虑成本和实际。

总的来看，国内车企还在忙着喊口号吹牛，“1000万内最好”、“500万内最好”、“搞不懂为什么还有人买油车”、“建议尽早淘汰油车”、“新能源汽车替代燃油车的大势已定”等等，但对于今年大雪天气引发大众热议的新能源车续航打折、亏电、充电时间变长等短板问题闭口不谈，视而不见，也还没有更大的危机感来面对未来的竞争。



总的来说，新能源替代燃油车，现在还言之过早，毕竟，新能源汽车免征购置税又来了，纯电车还不敢在公平的战场上与油车正面对决，还没有走出政策驱动的路径依赖，彻底能够独立依靠市场驱动来参与竞争。



与其喊口号强调“新能源取代油车”，不如在电池研发上扎实推进，在固态电池上跑赢日本，这可能才是真正取代燃油车的关键。