11月21日，本田公司在日本栃木縣的本田技術研究所內首次公開展示了其自主研發(fā)的全固態(tài)電池示范生產線，公司計劃于2025年1月正式啟用這條示范生產線。屆時，本田將依托該生產線推進電芯規(guī)格的開發(fā)，并針對量產技術和成本進行詳細驗證[1]。本田指出，新的固態(tài)電池有望在2025年后開始陸續(xù)在新車上搭載，未來考慮將其應用于摩托車和飛機上。同期，上汽集團在回復投資者提問時表示，全新一代固態(tài)電池計劃于2026年實現量產，其能量密度超過400Wh/kg，遠超于主流的三元鋰電池[2]。近日，華為也公布了全新的固態(tài)電池專利，引發(fā)業(yè)界和市場廣泛關注。此外，東風汽車、奇瑞汽車、廣汽集團、寧德時代、太藍新能源等整車及供應鏈企業(yè)都紛紛發(fā)布了固態(tài)電池領域的最新進展。其中，廣汽集團已初步打通全固態(tài)電池全流程制造工藝，預計2026年將搭載于昊鉑車型[3]。固態(tài)電池相關新聞的密集發(fā)布，仿佛為其量產化應用吹響了號角！本田全固態(tài)電池示范生產線廠房外景（來源本田官網）動力電池作為新能源汽車的動力來源，是整車中最重要的系統(tǒng)，占整車成本30%~40%，這也是區(qū)別于其他傳統(tǒng)燃油汽車的標志性部件。動力電池由數個電池單體、CSC信息采集系統(tǒng)、電池管理控制單元（BMU）、電池高壓分配單元、冷卻系統(tǒng)等組成。電池單體是構成動力電池的最小單元，由正極、負極、有機電解液等組成。現有能夠量產裝車的動力電池均采用含有液態(tài)電解質的電池單體，但受限于石墨負極的容量和液態(tài)電解質的物理特性，液態(tài)電解質電池的能量密度相對較低，且液態(tài)電解質易燃，有泄漏風險，特別是在過充、短路或高溫條件下，存在起火和爆炸的隱患。為改善液態(tài)電解質電池單體存在的上述問題，半固態(tài)、全固態(tài)電池，將液態(tài)電解質替換成能量密度更高，安全性更好的固態(tài)電解質，成為動力電池未來的發(fā)展趨勢。受限于固態(tài)電解質的發(fā)展，早期固態(tài)電池無法和液態(tài)鋰離子電池媲美，2011年由Kanno教授發(fā)明的硫化物固態(tài)電解質離子導電率達12mS/cm，相較原來的固態(tài)電解質，離子導電率得到極大提升，引發(fā)了新一輪全固態(tài)電池的全球競爭。目前，全固態(tài)電池是公認的下一代電池的首選方案之一，被列入中國、美國、歐盟、日韓等主要國家的發(fā)展戰(zhàn)略，也成為下一代電池技術競爭的關鍵制高點[4]。在政策和市場的雙重驅動下，越來越多的國內外企業(yè)紛紛加入到固態(tài)電池量產化研究中。從全球固態(tài)電池產業(yè)布局來看，中國企業(yè)相對比較多。其次為日本，舉國家之力推動全固態(tài)電池商業(yè)化，包括知名企業(yè)豐田、本田、日產，在電池與整車性能匹配結合方面比較有優(yōu)勢。韓國企業(yè)雖然不多，但作為目前全球排名靠前的電池產業(yè)大國，在固態(tài)電池方面取得了實質性進展。美國主要是一些創(chuàng)業(yè)企業(yè)，歐洲主要是和美國的創(chuàng)業(yè)企業(yè)合作，加大全固態(tài)電池創(chuàng)新。固態(tài)電池的創(chuàng)新主體包括電池企業(yè)如國內的寧德時代、輝能科技、國軒高科、蜂巢能源、清陶等，韓國的LG、三星SDI，日本的松下。車企基于自身優(yōu)勢，也紛紛入局固態(tài)電池的量產化研究，如國內的比亞迪、東風汽車、蔚來等，日本的豐田、本田、日產等，韓國的現代，歐美的大眾、奔馳、寶馬等。車企更傾向于與電池企業(yè)合作，共同推進固態(tài)電池的量產化，如豐田聯合松下、出光，大眾聯合Quantum Space，寶馬聯合Solid Power等。各創(chuàng)新主體在進行固態(tài)電池研究的過程中，紛紛布局相關專利，但國內和國外創(chuàng)新主體專利數量相差較多。根據智慧芽數據統(tǒng)計（截至2024年7月），固態(tài)電池專利數量排名前十的企業(yè)，均為日韓企業(yè)。日本的豐田固態(tài)電池相關專利數量遙遙領先，早已超過1500項，排名第二的松下專利數量也達到了1000項。國內企業(yè)雖然一直在加大專利布局力度，不斷追趕日韓企業(yè)，但目前專利數量超過200項的企業(yè)寥寥無幾，基本集中在100項左右?？梢?，從專利布局角度看，相比日韓企業(yè)，國內企業(yè)還有一定差距，還需進一步加大布局力度。本田在固態(tài)電池領域一直屬于比較低調的存在，此次高調公開其量產化示范生產線，或說明其在固態(tài)電池量產方面已經做好了充分準備。上汽集團在5月份就曾宣布預計將在2026年實現基于聚合物-無機物復合電解質的全固態(tài)電池量產，近期再次放出消息，足見其對固態(tài)電池量產的信心。華為在近期推出新能源汽車尊界，同時公開1項固態(tài)電池專利，說明其在固態(tài)電池方面也做了技術布局。以下，分別揭示本田、上汽、華為固態(tài)電池相關專利布局策略。本田相較于其他日本企業(yè)，其固態(tài)電池研發(fā)時間相對較晚，專利數量不多，布局時間主要集中在2019年之后，年申請量不超過50項。其固態(tài)電池主要布局地域為日本、中國、美國、德國、韓國等，布局較為廣泛，尤其注重海外專利布局。中國專利占比28.54%，其中審中專利最多。本田在固態(tài)電池方面傾向于自主研發(fā)，如下圖所示，僅有少數專利涉及到合作申請。合作的單位包括企業(yè)和科研院所，如松下電器、JSR株式會社、日亞化學工業(yè)株式會社、京都大學、加州理工學院等。可見，本田雖然作為整車企業(yè)，但其在固態(tài)電池方面的研發(fā)，并不依賴于其他電池公司或科研平臺，更傾向于自主研發(fā)。本田固態(tài)電池協同創(chuàng)新情況筆者通過對其相關專利進行解讀，發(fā)現本田專利技術布局方向比較多，包括電池單元整體結構、電池負極材料、電池模組系統(tǒng)等。尤其，相較其他創(chuàng)新主體，本田比較注重固態(tài)電池模組系統(tǒng)的專利布局。電池單元整體結構方面如專利WO2019187940A1在電池單元殼體側面設置按壓部，利用彈簧的彈力對固體電池施加初始載荷，減小電池單元之間的空隙，提高抗震效果；電池負極材料如專利CN111670510B中與固態(tài)電解質接觸的負極層包括鋁層、鋰層、及被配置在鋁層與鋰層之間的鋁?鋰合金層，鋁-鋰合金層的設置能夠抑制鋰因放電而從固體電解質層側流出，且即使反復充放電也能保持放電容量不變；電池模組如專利WO2020065709A1中提出了一種全固態(tài)電池模組結構，包括多個電池單體，以及支撐電池單體的支撐板，在支撐板下方設置有冷卻板，冷卻板的空腔中流過冷卻介質，該結構可以為全固態(tài)電池單元提供較好的冷卻散熱效果。綜上，本田在固態(tài)電池方面，傾向于自主研發(fā)，除布局電解質、電極基礎技術相關專利，還布局了較多電芯單體、電芯模組相關專利。同樣作為整車企業(yè)，上汽集團與清陶能源成立合資公司上汽清陶，專注于開發(fā)高能量密度的全固態(tài)電池，預計能量密度將超過400Wh/kg，體積能量密度超過820Wh/L，電池容量超過75Ah，第二代產品將提升至超過500Wh/kg。為推動量產，上汽清陶在上海建設了全固態(tài)電池量產線項目，項目一期規(guī)劃產能0.5GWh，并計劃在2027年實現搭載全固態(tài)電池的智己品牌新車型的量產交付。此外，上汽集團和清陶能源的合作還包括成立固態(tài)電池聯合實驗室，并組成全固態(tài)電池產業(yè)創(chuàng)新聯合體，共同攻關全固態(tài)電池量產的挑戰(zhàn)。雙方聯合建設的烏海固態(tài)電池及關鍵材料零碳產業(yè)園區(qū)將支持全固態(tài)電池的量產和全球化布局。[5]通過智慧芽數據庫檢索發(fā)現，目前以上汽集團名義申請的固態(tài)電池相關專利較少，以上海上汽清陶能源科技有限公司申請的專利共計4項，分別涉及復合固態(tài)電解質膜（CN118398874A）、鎳錳酸鋰高電壓正極材料的制備方法（CN118529788A）、動力電池在線電化學阻抗譜檢測方法（CN118818346A）以及石墨負極極片材料（CN118919654A）。雖然上汽集團在固態(tài)電池方面專利布局較少，但其合作單位清陶能源，固態(tài)電池相關專利數量在國內排名靠前，具有較強的研發(fā)能力。截至2024年7月，清陶能源固態(tài)電池專利數量已超過120項，尤其2023年，公開固態(tài)電池專利數量相對較多，超過40項。目前專利的有效性、維持性都比較好。其專利技術布局主要集中在電解質膜材料、正負極材料等方面。如專利CN116315050B涉及一種鹵化物固態(tài)電解質，化學通式為：Li2+a+2bZr1?a?bMaNbX6，相對于Li2ZrCl6的標準結構，以Zr為主體元素，摻雜合適種類的M、N元素，在低成本前提下，通過提高鋰元素占比并基于元素M和元素N的協同作用，提高了鹵化物固體電解質的離子導電率。專利CN116315067A涉及一種聚合物復合固態(tài)電解質，包括第一聚合物、第二聚合物和電解質鹽，通過將具有高分子量的第一聚合物與具有低分子量的第二聚合物進行復合，以此提高聚合物復合固態(tài)電解質的離子電導率和力學強度。專利CN115360326B則涉及一種混合正極片，包括設置在集流體表面的三元活性物質層，沿著遠離三元活性物質層的方向依次設置油性聚合物固態(tài)電解質層、磷酸錳鐵鋰層和水性聚氨酯基固態(tài)電解質層，可以提高電池的能量密度和安全性能。專利CN111403750B復合電極包括集流體、以及依次位于集流體表面的活性物質層和固態(tài)電解質涂層，復合電極中包括殼聚糖，可以改善固態(tài)電解質涂層和活性物質層的表面能，從而提高電極的電化學性能。綜上，上汽集團與清陶能源共同合作研發(fā)固態(tài)電池技術，加速固態(tài)電池的量產化進度。華為進入汽車領域，大致可將其分為業(yè)務初探期、合作研發(fā)期，以及產品落地期三個階段。2013年，華為從車載通信模塊入手，初探車聯網業(yè)務。2016年，華為重點圍繞5G技術構建自身在車聯網的技術與生態(tài)優(yōu)勢。2019年，華為成立智能汽車解決方案BU，明確面向智能網聯汽車增量零部件的戰(zhàn)略。2021年，華為推出HI智能汽車全棧解決方案，該解決方案包括計算與通訊架構，智能座艙、智能駕駛等多個智能化部件。華為的智能汽車解決方案不僅推動了自身的發(fā)展，更為中國新能源汽車產業(yè)的整體發(fā)展注入了新的活力。通過與國內汽車廠商的緊密合作，華為將自身的技術優(yōu)勢與產業(yè)需求相結合，共同推動了中國新能源汽車產業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。近日，華為公開了1項硫化物固態(tài)電池相關專利CN118899435A，通過摻雜硫化物材料的應用，顯著提升了電池的穩(wěn)定性、安全性和使用壽命，為解決液態(tài)電池能量密度已達極限，難以提升的瓶頸性難題提供了新的解決方案，顯示了華為在固態(tài)電池領域研發(fā)能力的不斷提升，標志著華為在電池領域逐漸向核心技術發(fā)力，力圖提升電池的整體使用壽命和安全性[7]。作為新能源汽車領域的跨界代表，其固態(tài)電池專利布局都做了哪些準備？截至2024年12月3日，華為已公開的固態(tài)電池相關專利數量并不多。2012年華為就著手布局固態(tài)電池相關專利，幾乎與其初探汽車業(yè)務時間一致，主要專利技術涉及固態(tài)電池用復合電極材料（CN103682354B、CN103633329B）以及石榴石型氧化物固態(tài)電解質（CN103904360B）材料。之后，華為持續(xù)在固態(tài)電池方面布局專利，但年申請數量不超過5項。專利主要布局地域為中國，其次在美國、奧地利、德國和日本布局少量專利。華為固態(tài)電池相關中國專利均為發(fā)明專利，且多數處于有效和審中狀態(tài)，少數專利已經失效。華為固態(tài)電池技術相關專利多數來源于自主研發(fā)，少量專利涉及與其他創(chuàng)新主體合作申請，主要以科研院所為主，包括清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、寧波大學、中國科學院物理研究所等。其中清華大學主要涉及南策文教授團隊，中國科學院物理研究所主要涉及吳凡團隊。
華為固態(tài)電池技術相關專利主要涉及電解質材料表面包覆、電極活性物質表面包覆、電解質材料元素摻雜等，其中專利數量較多的為電解質材料表面包覆，其次為電極活性材料表面包覆。電解質材料表面包覆方面如在石榴石型快離子導體Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12表面包覆非晶態(tài)硅酸鋰、硫酸鋰、或者鎢酸鋰，由于包覆層比較柔軟，有助于提高界面穩(wěn)定性（CN103904360B）；或者在Li2S-P2S5玻璃陶瓷材料表面包覆無機氧化物材料或無機磷化物，兼具良好的電導率和空氣穩(wěn)定性（CN103943880A）；復合電解質材料表面包覆絕緣聚合物，聚合物包覆層為聚對二甲苯及其衍生物，可有效阻止電子從負極傳入無機固態(tài)電解質本體內部，抑制鋰枝晶的產生 （CN113809388B）；在具有線體形狀的固態(tài)電解質表面包覆顆粒介電材料，由介電材料制成的顆粒有助于離子化合物解離，由快離子導體支撐的線體能為離子提供快速移動的傳輸路徑，從而有利于提升固態(tài)電解質的室溫電導率，以提升固態(tài)電池的性能（CN115954531A）。電極活性物質表面包覆，主要包括正極活性物質表面包覆和負極活性物質表面包覆，采用的正極活性材料通常為鈷酸鋰、鎳酸鋰等，包覆材料可以為聚合物 （CN103682354B）、過渡金屬氧化物 （CN103633329B）、金屬氟化物 （CN115706222A、CN117334851A）等，表面包覆的主要目的為提高電極-電解質之間的界面穩(wěn)定性。負極活性物質包覆方面，涉及硅基負極表面包覆有機化合物，降低硅的體積膨脹（CN109119617B）；表面包覆含氟碳材料保護層，提高硅負極穩(wěn)定性 （CN109728259B）。少量專利涉及金屬負極活性材料表面包覆保護層，保護層由具有溶解堿金屬能力的液態(tài)或凝膠態(tài)內層及具有高離子電導率的固態(tài)外層組成，可有效抑制電池充放電過程中堿金屬負極表面枝晶生長及由于枝晶導致的電池安全及壽命問題（CN113540401B）。華為在固態(tài)電池技術方面的專利數量相較于國內外專注于固態(tài)電池研究的創(chuàng)新主體并不多，尤其豐田、三星、LG等日韓企業(yè)，已在固態(tài)電池領域深耕多年，積累大量研發(fā)經驗和技術成果。但其能夠在2012年初探汽車業(yè)務之時，就提前進行固態(tài)電池專利布局，并且近些年還在持續(xù)布局，說明華為對固態(tài)電池技術具有超前布局的意識，并保持著一定研發(fā)積極性和熱情。隨著新能源汽車市場的不斷擴大，相較液體電池，固態(tài)電池優(yōu)勢明顯，各國紛紛出臺相關政策支持固態(tài)電池的研究和量產化開發(fā)，國內外車企、動力電池企業(yè)、科研院所等紛紛加入固態(tài)電池的研究中，說明固態(tài)電池技術未來發(fā)展前景向好。各創(chuàng)新主體積極進行專利布局，除自主研發(fā)外，也在不斷推進合作開發(fā)，包括車企與電池企業(yè)之間，車企、電池企業(yè)與科研院所之間，為后續(xù)在固態(tài)電池市場競爭中占有一席之地而做準備。但我們也可以看到，雖然國內外眾多企業(yè)一直致力于固態(tài)電池量產化研究，目前為止未見相關企業(yè)真正推出一款適用于新能源汽車的可量產化固態(tài)電池產品，說明固態(tài)電池的量產目前還存在較多問題需要克服。包括技術痛點，如界面穩(wěn)定性差、空氣穩(wěn)定性差以及離子導電率較低等；經濟痛點，相比液體鋰電池，固態(tài)電池的材料成本和制造成本均較高。在量產化的關鍵時間節(jié)點，誰能提前突破技術難關，推出首款可量產化固態(tài)電池產品？我們拭目以待。
首頁
電話咨詢
聯系方式
