誰在固態(tài)電池領域專利“遙遙領先”？

2022年7月，《日本經(jīng)濟新聞》曾與專利調查公司Patent Result發(fā)起聯(lián)合調查，通過梳理向日美歐中等10個國家和地區(qū)以及世界知識產權組織（WIPO）等2個機構提出申請的全固態(tài)電池相關專利，結果顯示，在自2000年至2022年3月的專利申請總數(shù)中，日企前五占四，而豐田汽車更是憑借1331件的總數(shù)力壓第二名松下控股（445件），成為調查期內固態(tài)電池研究領域的冠軍企業(yè)。

誠然，自1990年代起，豐田汽車就著手廣泛申請涉及固態(tài)電池的專利，涵蓋電池結構、材料、制造工序等多個方面，從而取得了較大的先發(fā)研究優(yōu)勢。但如今，盡管豐田方面在2023年宣稱其固態(tài)電池技術取得重大突破，但隨著受其“震撼”的中韓歐美等眾多海外競爭者紛紛加速追趕，因此，以豐田為代表的日企能否在固態(tài)電池實用化競爭方面繼續(xù)保持優(yōu)勢，正在成為一個值得追蹤的有趣話題。

不過，無論豐田的進展如何，由其帶動的固態(tài)電池發(fā)展之勢正在激起千層浪，而固態(tài)電池也憑借能量密度跨越式升級、安全性能可顯著提高等預期優(yōu)勢，吸引著全球相關產業(yè)鏈的奮勇前行。同樣有趣的是，當實力雄厚的中國對手們依托“半固態(tài)”產品正逐步接近全固態(tài)電池技術的最終實用化之外，日韓、歐美也逐步形成了各有差異的固態(tài)電池研發(fā)技術方向和實用化進展，雙方群體的背后考量也同樣值得深入探討。

技術側重各有偏好

在全球范圍內，固態(tài)電池仍處于研發(fā)和小規(guī)模生產測試階段。而根據(jù)電解質類型的不同，固態(tài)電池可分為聚合物、氧化物和硫化物三種，并隨之衍化出對應的技術路線。其中，日韓企業(yè)致力于全固態(tài)電池的產業(yè)化落地，主攻硫化物技術路線。其看重的便是硫化物電解質固態(tài)電池較高的電導率和出色的性能預期表現(xiàn)，并認為這是最適合用于電動汽車的固態(tài)電池技術路線，商業(yè)化前景足夠廣闊。盡管受制于全固態(tài)電池產業(yè)化的材料技術、制備技術不夠成熟、生產成本過高等主要局限，以及硫化物電解質自身的界面穩(wěn)定性差等研究難題。但日本企業(yè)依托在固態(tài)電池的研發(fā)起步較早且在開發(fā)領域處于技術領先地位的客觀優(yōu)勢，還是讓豐田、日產、本田等日企依然錨定著這一技術路線。

在車企端，豐田已提出在2030年前將硫化物固態(tài)電池裝車生產的目標。日產汽車則預計2025年生產第一批低成本固態(tài)電池，并計劃在2028年推出一款由固態(tài)電池提供動力的全新電動汽車產品。至于電池端，韓國電池企業(yè)如LG、SK On、三星SDI等也均選擇在鋰硫固態(tài)電池領域布局，其中，三星SDI計劃在2027年開始量產全固態(tài)電池，SK On目標則是在2028年實現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化，至于LG方面則預計2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產。

相對而言，歐洲企業(yè)更傾向于聚合物電解質固態(tài)電池技術路線，認為這一路線技術相對成熟、發(fā)展速度較快，有利于率先實現(xiàn)商業(yè)化應用。然而，由于聚合物電導率上限較低，歐洲車企的固態(tài)電池在實際續(xù)航能力上尚不及液態(tài)鋰電池，目前尚未形成明顯的趨勢。

因此，大部分歐洲車企目前也在與美國電池初創(chuàng)企業(yè)合作推動固態(tài)電池發(fā)展。大眾、寶馬、梅賽德斯-奔馳等通過投資Quantum Scape、Solid Power等美國初創(chuàng)企業(yè)，確保其在固態(tài)電池領域的技術探索不落后。例如，大眾作為Quantum Scape的最大股東，計劃推動后者在2025年底建成一條固態(tài)電池生產線。Solid Power早在2023年就已向寶馬交付第一批A樣，正式進入固態(tài)電池裝車驗證階段，預計2026年實現(xiàn)量產。

日韓奮進，歐美躊躇

除技術路線側重外，在企業(yè)參與方分工搭配上，似乎也正表現(xiàn)出日韓與歐美的參與度差異：一邊是日本車企和韓國動力電池企業(yè)的強強聯(lián)合，另一邊是歐洲車企與美國電池初創(chuàng)公司組合，不論是從研發(fā)規(guī)模、材料來源還是商業(yè)化配套完善的潛在關聯(lián)相比較，日韓企業(yè)顯然占據(jù)更大優(yōu)勢。

當然，日韓企業(yè)的奮進自有“背書”。2021年，隸屬于日本政府經(jīng)濟產業(yè)省的日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）與豐田汽車、松下能源等企業(yè)啟動新一代高效電池“全固體電池”核心技術的開發(fā)，力爭通過全國力量推進研發(fā)，實現(xiàn)電池產業(yè)的趕超。該項目合作企業(yè)達到23家。與此同時，經(jīng)濟產業(yè)省也提供了約1205億日元，支持日產汽車和本田汽車的高性能蓄電池及原材料的開發(fā)、再利用技術。

至2022年9月，日本電池產業(yè)戰(zhàn)略研究公私理事會又發(fā)布《電池產業(yè)戰(zhàn)略》，提出到2030年建立150吉瓦時/年的國內制造基地，全球生產能力達600吉瓦時/年，以提高日本電池產業(yè)競爭力，目標是到2030年左右實現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的正式商業(yè)化應用。此外，隨著日本三井金屬年產十噸級的硫化物固態(tài)電解質材料生產線宣布建成，也為意圖大展拳腳的日本相關企業(yè)提供了穩(wěn)定的配套硫化物材料來源。

在韓國，在今年4月，該國產業(yè)通商資源部稱，將與本土三大動力電池企業(yè)LG、SK On、三星SDI聯(lián)合投資，計劃到2030年投入20萬億韓元開發(fā)固態(tài)電池等先進電池技術，以期率先實現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化生產。

至于歐洲，盡管歐盟尚未出臺專門立法推動固態(tài)電池的發(fā)展規(guī)劃，但歐洲相關企業(yè)仍在積極進行技術儲備的更新與產業(yè)化鋪墊。例如，今年1月，大眾汽車集團旗下子公司Power Co完成了對Quantum Scape固態(tài)電池的耐力測試，結果表明其可實現(xiàn)50萬公里超長壽命，充放電1000次仍保持95%容量，證明了其超長壽命和幾乎不衰減的續(xù)航能力，也有力證明了固態(tài)電池的潛力。前景似乎一片大好，然而大眾的投入仍然有限，也未給出像日本企業(yè)那樣明確的上車應用時間表，其主要考量還是鑒于無法具體確定固態(tài)電池何時才能實現(xiàn)大規(guī)模商用，只能靜待潛在機會的到來。

同期，梅賽德斯-奔馳CTO馬庫斯·舍費爾（Markus Sch?fer）也曾表示，目前鋰電池的能量密度提升速度超出預期，甚至可以與多家車企大力研發(fā)的固態(tài)電池預期性能相媲美。因此，固態(tài)電池技術對于未來電動汽車可能“并非必要”。然而，這并不意味著該集團“無意”著手相關布局。事實上，在今年6月，梅賽德斯-奔馳投資的固態(tài)電池開發(fā)商Factorial Energy已向奔馳交付了充電容量超過106Ah的固態(tài)電池單元B樣品（即更成熟的產品原型）用于廣泛測試。

顯然，日韓自有節(jié)奏，而歐美在審慎評估固態(tài)電池技術發(fā)展前景的同時，也在確保具備一定的技術基礎研究。這同樣可以認為，歐美各方也在觀望日韓與實力雄厚的中國相關產業(yè)鏈的進展，一旦證明某條技術或商業(yè)化落地路徑可行，便將加快儲備技術轉換發(fā)展的速度。