圖/豐田北美總部

據(jù)國外媒體報(bào)道，豐田最近宣布在電池領(lǐng)域投資逾135億美元，用于開發(fā)包括固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池。電池組是電動(dòng)汽車中成本最高的組件，固態(tài)電池有利于在提升續(xù)航的同時(shí)降低電池成本，業(yè)內(nèi)人士指出，這家全球最大汽車制造商在固態(tài)電池領(lǐng)域的豪賭或?qū)⑻嵴裾麄€(gè)電池行業(yè)。

隨著全球電動(dòng)化進(jìn)程的全面展開，電動(dòng)汽車在續(xù)航里程、性能、充電時(shí)間和成本方面都在不斷得到改善。到目前為止，萊特定律也就是學(xué)習(xí)曲線效應(yīng)已經(jīng)證實(shí)：鋰離子電池產(chǎn)能每增加一倍其成本就會(huì)下降28%。到2023年，鋰離子電池的成本預(yù)計(jì)將降至100美元/千瓦時(shí)左右，這一價(jià)格水平足以讓電動(dòng)汽車與同類內(nèi)燃機(jī)車展開競(jìng)爭(zhēng)。

然而，鋰離子電池的缺陷也同樣明顯，其電池性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化。此外，這種電池會(huì)散發(fā)大量熱量，需要在設(shè)計(jì)上集成重量級(jí)的冷卻系統(tǒng)，而且由于電池中含有易燃液體，如果在事故中損壞，會(huì)產(chǎn)生爆炸或起火的隱患。

與傳統(tǒng)鋰離子電池中使用的液體或聚合物凝膠不同，固態(tài)電池使用的固體電解質(zhì)可以采用陶瓷、玻璃、亞硫酸鹽或固體聚合物的形式。固態(tài)電池的能量密度是相同尺寸的鋰離子電池的兩到十倍，這主要?dú)w功于固態(tài)電解質(zhì)的體積更小。這意味著在無需額外空間即可獲得功率更大的電池，或者在不影響動(dòng)力的情況下使用更緊湊的電池組，讓電動(dòng)汽車的續(xù)航更大，自重更輕。而且，這種電池的充電速度也會(huì)更快。

事實(shí)上，固態(tài)電池經(jīng)常被視為電池行業(yè)的“圣杯”。如今，隨著全球最大的汽車制造商豐田大舉投資，這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)也將變得更加激烈。以下是五家競(jìng)相開發(fā)新一代固態(tài)電池的公司：

1）豐田

多年來，豐田一直在關(guān)注固態(tài)電池領(lǐng)域，該公司甚至擁有最多的固態(tài)電池（SSB）專利。9月初，豐田宣布將在2030年前投資135億美元開發(fā)下一代電池和電池供應(yīng)鏈，其中包括固態(tài)電池。該公司計(jì)劃通過改進(jìn)生產(chǎn)電池所用的材料和提高能耗，將電池成本降低30%或更多。

對(duì)汽車制造商來說，憑借“能量密度更高，充電速度更快，而且不太容易起火”的特征，這種電池可能會(huì)成為一個(gè)潛在的行業(yè)顛覆者。豐田現(xiàn)在開始正式引領(lǐng)固態(tài)電池的批量生產(chǎn)，該公司可以在普銳斯等混合動(dòng)力汽車上使用這種電池。同樣重要的是，該公司還發(fā)布了一款使用固態(tài)電池的原型車的簡(jiǎn)介。這正是許多固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司的短板之一，他們?nèi)狈ぷ髟汀?/p>

作為內(nèi)燃機(jī)車領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一，豐田正在努力推進(jìn)電動(dòng)化進(jìn)程，而該公司雄厚的資金實(shí)力可能會(huì)加速其固態(tài)電池的開發(fā)工作。此外，與榜單上的其他公司不同，豐田是一家業(yè)務(wù)蒸蒸日上的成熟企業(yè)，這意味著其股票表現(xiàn)不太可能受到固態(tài)電池前景的明顯影響，尤其是在發(fā)展的早期階段。

2）QuantumScape

總部位于加利福尼亞州圣何塞的QuantumScape是一家正處于發(fā)展階段的企業(yè)，該公司致力于電動(dòng)汽車和其他應(yīng)用的固態(tài)鋰金屬電池的開發(fā)和商業(yè)化。在大眾汽車、上汽集團(tuán)和比爾·蓋茨等知名企業(yè)和商界人士的支持下，QuantumScape被視為固態(tài)電池領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力量。

QuantumScape的固態(tài)電池具有一個(gè)陰極和連接到陽極電觸點(diǎn)的固態(tài)陶瓷分離器。當(dāng)電池充電時(shí)，陰極中的鋰會(huì)被分離出來，并通過陶瓷隔膜形成金屬鋰陽極，為電動(dòng)汽車提供高能量密度的充電。與鋰離子電池相比，QuantumScape的電池具有顯著的優(yōu)勢(shì)，具體包括：

普通鋰離子電池從10%充電到80%需要60分鐘，而QuantumScape電池可在不到15分鐘內(nèi)快速完成0%至80%充電；電池生產(chǎn)成本預(yù)計(jì)比普通鋰離子電池減少17%；

與普通鋰離子電池相比，其能量密度高80%以上，續(xù)航里程顯著提高，車輛行駛里程預(yù)計(jì)將提高50-80%；電池壽命顯著延長(zhǎng)。QuantumScape單層電池已顯示在超過1000 次循環(huán)情況下，其能量保留的中位數(shù)超過90%。

據(jù)QuantumScape預(yù)計(jì)，該公司有望在2022年將交付原型推進(jìn)到數(shù)十層的商業(yè)化推廣模式，并在2024年至2025年之間進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)。

3）Solid Power

隨著固態(tài)電池技術(shù)突飛猛進(jìn)，越來越多的公司正在尋求挖掘新興市場(chǎng)的巨大潛力。其中一家公司便是位于美國科羅拉多州的Solid Power。

早在今年6月，Solid Power就宣布計(jì)劃通過一家特殊目的收購公司Decarbonization Plus Acquisition Corporation III（納斯達(dá)克股票代碼：DCRC）曲線上市，企業(yè)價(jià)值達(dá)到12億美元。該公司透露，福特和寶馬集團(tuán)致力于在即將推出的電動(dòng)汽車中使用Solid Power的低成本、高能量電池技術(shù)。

在成功拿到1.35億美元的B輪融資（福特和寶馬參與其中）之后，Solid Power的資產(chǎn)實(shí)力得到顯著增強(qiáng)。加上1.65億美元的PIPE和3.5億美元的DCRC信托現(xiàn)金（假設(shè)DCRC的公眾股東沒有贖回），Solid Power將在交易完成后能收到大約6.5億美元的融資資金。

也許，Solid Power可以炫耀的頭號(hào)發(fā)展成就正是其電池芯的可制造性。

如前所述，可擴(kuò)展性是固態(tài)電池面臨的最大挑戰(zhàn)之一。 Solid Power在制造過程中采用了卷對(duì)卷的工藝。

自 2019 年以來，Solid Power的生產(chǎn)工廠一直在試點(diǎn)運(yùn)營中，該工廠的年產(chǎn)量為6.5MWh。 相比之下，另外一家電池制造新興企業(yè)QuantumScape目前并沒有工廠投入運(yùn)營，不過其計(jì)劃在2023年之前開設(shè)一座工廠。

通過利用卷對(duì)卷制造工藝，Solid Power已經(jīng)能夠顯著降低其合作伙伴對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行改造的需求，后者是一項(xiàng)既費(fèi)錢又費(fèi)時(shí)的工作。另外，其還降低了現(xiàn)有制造設(shè)備在未來十年內(nèi)過時(shí)落后的風(fēng)險(xiǎn)。

4）三星

去年，三星推出了高性能、長(zhǎng)壽命的全固態(tài)電池。三星團(tuán)隊(duì)開發(fā)的原型軟包電池一次充電可為電動(dòng)汽車供應(yīng)續(xù)航長(zhǎng)達(dá)800公里的電量，充放電循環(huán)壽命超過1000次。

今年5月，三星宣布到2025年將開發(fā)大型全固態(tài)電芯和原型全固態(tài)電芯，并于2027年開始量產(chǎn)。在世界范圍內(nèi)，三星擁有的與全固態(tài)電池相關(guān)的國際專利數(shù)量?jī)H次于豐田，排名第二。

值得一提的是，三星早在2008年就開始研究全固態(tài)電池。去年，該公司演示了一項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)，其可以改善全固態(tài)電池的使用壽命和安全性，同時(shí)還能將電池尺寸縮小一半。

5）Ilika

Ilika公司是一家英國公司，主要在英國、亞洲、歐洲和北美從事固態(tài)電池的設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)。它為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、電動(dòng)汽車、智能城市、消費(fèi)電子、醫(yī)療和交通領(lǐng)域的一系列應(yīng)用項(xiàng)目提供電池產(chǎn)品。

該公司還通過其專利技術(shù)加快能源和電子應(yīng)用新材料的開發(fā)。公司已開發(fā)出固態(tài)電池、高溫合金、燃料電池催化劑、壓電材料替代品等。