固态电池之争:丰田专利数排第一 中企没进前十

日前，日经新闻援引从事专利调查和分析的调查机构Patent Result的数据显示，日本企业在全固态电池的专利数上处于领先地位。专利数前五的企业分别为丰田、松下控股（HD）、出光兴产、三星电子、村田制作所，除了三星电子，其余4家均为日本企业。其中，丰田专利数居第一，专利数达1331件，是第二名的三倍。

Patent Result统计专利数排名

值得注意的是，全固态电池专利数前十名中，日本企业6家、韩国企业4家，没有一家中国企业上榜。

作为锂电池的升级版，固态电池在能量密度、充电速率、安全性、循环寿命以及电芯热管理上都优于液态锂电池，被看作是下一代电池技术。电动新能源汽车市场迟到的日系车企加速布局固态电池，国内厂商又该如何应对？

锂电池的“升级版”，日韩专利数占优

电池充放电本质上，是锂离子通过电解质在正极和负极中迁移的过程。由于液态电解液在低温环境下黏度变大，充放电容量出现下降，导致续航里程缩水。其不稳定的特性也埋下电池自燃的隐患。

而固态电解液不仅规避上述问题，还提升了电池的能量密度、循环寿命以及充电速率，降低对电芯热管理的需求。以宁德时代此前发布的第三代CTP电池模组“麒麟电池”为例，其空间利用率达到72%，能量密度可达255Wh/kg，续航里程达到1000公里，而固态电池能力密度能实现300Wh/kg，甚至达到500Wh/kg。

固态电池中的“固态”指的就是电解质的形态。按照电解液的占比，可分为半固态电池（电解液含量低于10%）、固态电池（电解液含量低于5%）以及全固态电池（不含有任何液态电解质）。

固态电解质又分为三条技术路线，聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质，三者离子电导率呈递增关系。离子电导率高，意味着电阻更低，锂离子迁移数更快，更易实现快速充电，但三者的开发难度也是递进关系。

中南大学先进电池材料教育研究中心教授张永柱介绍称，聚合物电解质成本可控，兼容现阶段的工艺水平，但室温电导率相对较低。氧化物电解质具备良好的化学和热稳定性，机械强度高（避免内部应力导致电池性能下降），但通常表现出较高的晶界阻抗，对锂金属浸润性较差。而硫化物电解质的优势是晶界阻抗低，易于冷压成型，但部分材料成本较高，同时存在和氧化物正极材料的副反应。

张永柱认为，理论上硫化物最适用于电动汽车领域，但开发难度最大。

欧洲和中国倾向选择开发难度相对较低、更易实现商业化的聚合物电解质以及氧化物电解质，而日韩开局就选择“地狱难度”——硫化物电解质。

Patent Result统计显示，2000年截至2022年3月底公开的专利数，丰田专利数达到1331件、松下控股445件、出光兴产272件，三家厂商均为日本企业。

资料显示，丰田1990年便着手固态电池的研究，从电池自身的结构到材料、制造工序，丰田拥有广泛领域的专利。2020年，丰田成为全球售价推出全固态电池试制车的整车厂。光兴产专利主要集中在金属类材料等方面。

与此同时，三星电子和LG化学则在加速追赶日本厂商。日经新闻报道称，在2016年以后，三星电子和LG化学等厂商大幅增加专利数，其专利数增长速度超过2倍。韩国企业大量拥有延长电池寿命等关系到实用阶段性能的专利。

商用化进程难，国内厂商折中

除了电解质的选择，各国在是否直接挑战全固态电池上也存在差异，其中日系厂商押宝全固态电池，中国厂商更多瞄准半固态电池市场。

按照丰田的规划，未来9年，丰田将投资8万亿日元用于新能源汽车（纯电、混动、氢能源）的研发。在2025年前，丰田要实现全固态电池小规模量产，首先搭载在混动车型上；到2030年前，丰田的全固态电池要实现持续、稳定生产。

今年4月，本田表示“未来10年，我们将投入约8万亿日元研发经费，并在电动化和软件领域共计投入约5万亿日元，加快电动化进程”，并称全固态电池是未来电池技术路线之一，计划投资430亿日元，用于建设全固态示范生产线，该产线预计2024年春季动工。

同年4月，日产固态电池开发负责人Kazuhiro Doi在全固态电池技术说明会表示，固态电池能量密度是目前液态锂离子电池的两倍，日产将克服导致全固态电池商业化难以实现的关键因素，计划在未来6年内，推出重量更轻、体积更小、能量密度更高的固态电池。

早在去年11月29日，日产就在“日产汽车2030愿景”上表示，公司计划在2024年在横滨建设固态电池试点工厂，将电池充电时间减少到三分之一，在2028年推出搭载全固态电池的电动车型。

可以看出，日系“三巨头”押宝全固态电池领域，但硫化物电解质工艺复杂、稳定性差，短期内降低制造成本难度较大。

国内厂商固态电池领域布局

有业内人士认为，目前，全固态电池的优势并未被完全验证，其产业前景可能类似氢燃料电池，在特定场景中应用，大规模取代液态动力电池可能性很小。

中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高同样认为，固态电池真正投入大规模商业应用大概的时间是在2025~2030年之间。

在全固态技术未成熟之前，国内厂商选择折中方案，推行半固态电池。日前，赣锋锂业在互动平台表示，公司第一代固态电池在东风E70上实测续航超过400公里。

今年5月，国轩高科在安徽合肥举行第十一届科技大会上发布一款360Wh/kg三元半固态电池，预计年内实现量产。国轩高科表示，除了360Wh/kg能量密度的半固态电池，400Wh/kg能量密度电池目前在公司实验室已有原型样品。

今年3月电池百人会上，欧阳明高对国内固态电池市场就有过预估，以产业化为衡量标准，2025年能量密度达到350Wh/kg，固液混合电解质的半固态电池出现；2030年能量密度达到400Wh/kg，液态电解质更少的准固态电池量产，真正的全固态产品预计不超过1%；2035年能量密度目标是500Wh/kg，全固态电池实现产业化。

在固态电池领域，日韩凭借先发优势，在专利储备优于国内厂商。市场驱动下，国内厂商下半场能否实现赶超？