全固態(tài)電池是未來能源領域的關鍵制高點,正處于邁入產業(yè)化階段的關鍵窗口期。當前,全球范圍內全固態(tài)電池的研發(fā)與產業(yè)化競爭已進入白熱化階段,呈現出多技術路線并行、專利布局加速、跨國合作與區(qū)域競爭交織的復雜態(tài)勢。
躋身全球第一方陣
我國全固態(tài)電池在科研產出、技術創(chuàng)新、產業(yè)化進程和場景應用等多方面均保持國際領先水平,為產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展奠定良好基礎。主要表現在以下幾個方面。
我國全固態(tài)電池科研產出處于全球第一方陣。我國發(fā)表的全固態(tài)電池論文數量急速增長,年度發(fā)表論文數量從2015年的21篇增加到2023年的562篇,居全球首位。突破性成果不斷涌現,中國科學院物理研究所、中國科學院金屬研究所和清華大學等突破了固—固界面接觸等世界性難題,為全固態(tài)電池從實驗室走向量產開辟了新路。
我國成為全固態(tài)電池主要技術來源國。從技術來源看,全球固態(tài)電池領域的專利申請中,約37%來自日本,約30%來自中國。從專利布局看,中國已經超越日本,成為全球固態(tài)電池專利布局最多的市場,占比約35%。從專項技術看,我國全固態(tài)電池電解質技術專利申請量居世界首位,約占全球比重為39%。
我國全固態(tài)電池產業(yè)化進程與國際領先水平同步。從國內外領先企業(yè)產業(yè)化進程看,全固態(tài)電池正處于中試向小批量生產過渡階段,預計2027年開始小規(guī)模量產,2030年有望實現商業(yè)化。以寧德時代、國軒高科等為代表的領軍企業(yè)在技術成熟度、中試線建設和良品率方面與國際先進水平一致。
我國全固態(tài)電池應用向多元場景拓展。整體看,汽車仍是全固態(tài)電池最大應用領域。得益于能量密度高、安全性好、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢,全固態(tài)電池成為解決傳統(tǒng)領域需求痛點問題、促進未來產業(yè)發(fā)展的重要動力基礎,應用領域正從電動汽車向電動垂直起降飛行器、人形機器人、消費電子、儲能等領域延伸。
發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)
我國全固態(tài)電池在多方面領先的同時,仍面臨技術積累不足、部分技術瓶頸難突破和產業(yè)體系轉換存在惰性等困難,在與主要國家爭奪技術主導權、開展國際合作等方面處于不利位置。
當前,國外正在加速布局,我國面臨被“換道超車”風險。一方面,全球主要發(fā)達國家和地區(qū)加大對全固態(tài)電池的政策支持。美歐日韓等通過制定戰(zhàn)略、加大資金支持、出臺專門政策等措施,加速體系化布局,以爭奪下一代電池技術主導權。另一方面,全球范圍內,傳統(tǒng)車企、電池制造巨頭以及專注于固態(tài)電池技術的創(chuàng)新企業(yè),紛紛積極投身全固態(tài)電池賽道,形成多元化競爭格局。
技術瓶頸亟待突破,存在路線不確定風險。從技術自身發(fā)展看,全固態(tài)電池部分關鍵核心技術需加強攻關,主要包括電池失效機理等基礎性問題,以及固—固界面、鋰枝晶生長機制和離子運輸機制等產業(yè)化技術。從路線選擇看,全固態(tài)電池研發(fā)主要集中在硫化物、氧化物和聚合物三條技術路線,不同地區(qū)企業(yè)在技術路線選擇上呈現差異化。目前,全固態(tài)電池技術路線尚未實現完全收斂,三條路線在離子電導率、穩(wěn)定性、成本及技術成熟度上各具優(yōu)劣,兼顧所有要求的“完美方案”仍未形成。我國在主要路線均有布局,但面對層出不窮的新方案和新技術,仍有錯失領先地位的可能。
技術積累深度不夠,缺乏具有全球競爭力的優(yōu)勢主體。我國在全固態(tài)電池領域活躍企業(yè)數量最多,但在技術積累深度方面與國外仍有差距。在全固態(tài)電池及電解質材料專利申請量排名前三十的機構中,日本、中國、韓國和歐洲企業(yè)數量分別為17家、7家、5家和1家,排名前十的均為日韓企業(yè)。我國技術積累相對薄弱、專利布局處于相對劣勢,在未來研發(fā)和全球市場開拓中,可能面臨技術和知識產權壁壘。
產業(yè)體系面臨重構,一定程度上存在轉換惰性。全固態(tài)電池量產節(jié)點臨近,它將引發(fā)的不僅是技術更迭,更是整個產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的重構。我國已基于液態(tài)電池和半固態(tài)電池建立了從原料及基材生產、電芯及電池包裝配、裝備制造到電池回收的完整產業(yè)鏈,向全固態(tài)電池轉換將對產業(yè)鏈造成沖擊。此外,我國全固態(tài)電池安全測試、壽命評估、市場準入等標準體系尚未建立,或陷入“技術領先卻失語國際”困境。
合作研發(fā)趨勢明顯,但我國創(chuàng)新協同度不高。全固態(tài)電池產業(yè)競爭是體系化競爭,跨機構和跨國界的協同創(chuàng)新是全固態(tài)電池創(chuàng)新的重要趨勢。日本以舉國之力推動全固態(tài)電池商業(yè)化,建立官—產—學聯盟。韓國政府推動LG新能源、SK On、三星SDI等動力電池企業(yè)成立電池聯盟。美國能源部設立“Battery500聯盟”,加強跨部門和跨領域合作。對比而言,我國全固態(tài)電池創(chuàng)新仍存在認識不統(tǒng)一、力量比較分散、產學研不協同等問題。
完善協同創(chuàng)新體系
推動我國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展,需強化頂層戰(zhàn)略布局,加強財稅、標準、平臺、場景、國際合作等政策協同部署,加快推動技術迭代,提升產業(yè)柔性轉換能力,增強產業(yè)競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。
第一,加強全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略部署。加快研究制定全固態(tài)電池綜合性戰(zhàn)略規(guī)劃,圍繞全固態(tài)電池基礎和關鍵核心技術研發(fā)、材料和裝備協同發(fā)展、標準制定等進行系統(tǒng)化布局。針對裝備升級和市場推廣等形成專門財稅支持政策,階段性采用終端應用補貼、稅收減免、示范推廣等政策工具,強化早期市場培育。充分發(fā)揮我國超大規(guī)模市場優(yōu)勢,加強人形機器人、低空裝備等與全固態(tài)電池協同創(chuàng)新,以新場景新應用為牽引加速技術迭代和熟化。
第二,強化全領域知識產權和標準布局。建立全固態(tài)電池技術路線圖與動態(tài)評估機制,定期組織全球技術評估,跟蹤硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物等主流固態(tài)電解質路線的進展與瓶頸,動態(tài)調整支持重點。推動研發(fā)和標準同步推進,加快性能、市場、安全和測試等標準制定和發(fā)布。加快知識產權布局,圍繞全固態(tài)電池關鍵環(huán)節(jié)開展專利積累和儲備,結合市場拓展戰(zhàn)略有針對性加強海外專利布局。
第三,完善協同創(chuàng)新體系。圍繞材料改性、界面工程及規(guī)模化制備技術,加強跨學科跨主體協同攻關,形成全固態(tài)電池的材料、電芯、系統(tǒng)集成試驗制備能力。支持科技領軍企業(yè)建設全固態(tài)電池創(chuàng)新聯合體,帶動全產業(yè)鏈企業(yè)以及高校和科研院所整體創(chuàng)新能力提升,重塑產業(yè)體系競爭新優(yōu)勢。加大對全固態(tài)電池創(chuàng)新平臺支持力度,鼓勵建設人工智能驅動的研發(fā)平臺和數據庫、中試平臺和公共測試平臺等,提高共性技術和服務供給水平。
第四,增強產業(yè)體系轉換靈活性。鼓勵電解質的氧化物、硫化物、聚合物等多元路線并行研發(fā)與競爭,避免鎖定特定技術路線。構建“平臺化+模塊化”產業(yè)創(chuàng)新生態(tài),政府牽頭建立國家級研發(fā)中試平臺,聚焦界面工程、規(guī)?;苽涔に嚨汝P鍵共性技術研發(fā),推動材料、設備、電芯與整車企業(yè)形成模塊化協作聯盟,降低產線轉換成本,實現從材料體系到電池包設計的快速重構。豐富金融支持工具,設立產業(yè)轉型基金,專項支持企業(yè)產線柔性化改造與技術轉換。
第五,引導企業(yè)有序開展國際合作。加強與新興市場在新型儲能領域的產品出口、企業(yè)合資、研發(fā)共建等全方位合作。密切跟蹤國外相關政策動態(tài),鼓勵企業(yè)聯合應對海外市場潛在風險,支持產業(yè)鏈上下游企業(yè)聯合出海,圍繞關鍵礦產等構建穩(wěn)定的海外供應鏈體系。
躋身全球第一方陣
我國全固態(tài)電池在科研產出、技術創(chuàng)新、產業(yè)化進程和場景應用等多方面均保持國際領先水平,為產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展奠定良好基礎。主要表現在以下幾個方面。
我國全固態(tài)電池科研產出處于全球第一方陣。我國發(fā)表的全固態(tài)電池論文數量急速增長,年度發(fā)表論文數量從2015年的21篇增加到2023年的562篇,居全球首位。突破性成果不斷涌現,中國科學院物理研究所、中國科學院金屬研究所和清華大學等突破了固—固界面接觸等世界性難題,為全固態(tài)電池從實驗室走向量產開辟了新路。
我國成為全固態(tài)電池主要技術來源國。從技術來源看,全球固態(tài)電池領域的專利申請中,約37%來自日本,約30%來自中國。從專利布局看,中國已經超越日本,成為全球固態(tài)電池專利布局最多的市場,占比約35%。從專項技術看,我國全固態(tài)電池電解質技術專利申請量居世界首位,約占全球比重為39%。
我國全固態(tài)電池產業(yè)化進程與國際領先水平同步。從國內外領先企業(yè)產業(yè)化進程看,全固態(tài)電池正處于中試向小批量生產過渡階段,預計2027年開始小規(guī)模量產,2030年有望實現商業(yè)化。以寧德時代、國軒高科等為代表的領軍企業(yè)在技術成熟度、中試線建設和良品率方面與國際先進水平一致。
我國全固態(tài)電池應用向多元場景拓展。整體看,汽車仍是全固態(tài)電池最大應用領域。得益于能量密度高、安全性好、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢,全固態(tài)電池成為解決傳統(tǒng)領域需求痛點問題、促進未來產業(yè)發(fā)展的重要動力基礎,應用領域正從電動汽車向電動垂直起降飛行器、人形機器人、消費電子、儲能等領域延伸。
發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)
我國全固態(tài)電池在多方面領先的同時,仍面臨技術積累不足、部分技術瓶頸難突破和產業(yè)體系轉換存在惰性等困難,在與主要國家爭奪技術主導權、開展國際合作等方面處于不利位置。
當前,國外正在加速布局,我國面臨被“換道超車”風險。一方面,全球主要發(fā)達國家和地區(qū)加大對全固態(tài)電池的政策支持。美歐日韓等通過制定戰(zhàn)略、加大資金支持、出臺專門政策等措施,加速體系化布局,以爭奪下一代電池技術主導權。另一方面,全球范圍內,傳統(tǒng)車企、電池制造巨頭以及專注于固態(tài)電池技術的創(chuàng)新企業(yè),紛紛積極投身全固態(tài)電池賽道,形成多元化競爭格局。
技術瓶頸亟待突破,存在路線不確定風險。從技術自身發(fā)展看,全固態(tài)電池部分關鍵核心技術需加強攻關,主要包括電池失效機理等基礎性問題,以及固—固界面、鋰枝晶生長機制和離子運輸機制等產業(yè)化技術。從路線選擇看,全固態(tài)電池研發(fā)主要集中在硫化物、氧化物和聚合物三條技術路線,不同地區(qū)企業(yè)在技術路線選擇上呈現差異化。目前,全固態(tài)電池技術路線尚未實現完全收斂,三條路線在離子電導率、穩(wěn)定性、成本及技術成熟度上各具優(yōu)劣,兼顧所有要求的“完美方案”仍未形成。我國在主要路線均有布局,但面對層出不窮的新方案和新技術,仍有錯失領先地位的可能。
技術積累深度不夠,缺乏具有全球競爭力的優(yōu)勢主體。我國在全固態(tài)電池領域活躍企業(yè)數量最多,但在技術積累深度方面與國外仍有差距。在全固態(tài)電池及電解質材料專利申請量排名前三十的機構中,日本、中國、韓國和歐洲企業(yè)數量分別為17家、7家、5家和1家,排名前十的均為日韓企業(yè)。我國技術積累相對薄弱、專利布局處于相對劣勢,在未來研發(fā)和全球市場開拓中,可能面臨技術和知識產權壁壘。
產業(yè)體系面臨重構,一定程度上存在轉換惰性。全固態(tài)電池量產節(jié)點臨近,它將引發(fā)的不僅是技術更迭,更是整個產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的重構。我國已基于液態(tài)電池和半固態(tài)電池建立了從原料及基材生產、電芯及電池包裝配、裝備制造到電池回收的完整產業(yè)鏈,向全固態(tài)電池轉換將對產業(yè)鏈造成沖擊。此外,我國全固態(tài)電池安全測試、壽命評估、市場準入等標準體系尚未建立,或陷入“技術領先卻失語國際”困境。
合作研發(fā)趨勢明顯,但我國創(chuàng)新協同度不高。全固態(tài)電池產業(yè)競爭是體系化競爭,跨機構和跨國界的協同創(chuàng)新是全固態(tài)電池創(chuàng)新的重要趨勢。日本以舉國之力推動全固態(tài)電池商業(yè)化,建立官—產—學聯盟。韓國政府推動LG新能源、SK On、三星SDI等動力電池企業(yè)成立電池聯盟。美國能源部設立“Battery500聯盟”,加強跨部門和跨領域合作。對比而言,我國全固態(tài)電池創(chuàng)新仍存在認識不統(tǒng)一、力量比較分散、產學研不協同等問題。
完善協同創(chuàng)新體系
推動我國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展,需強化頂層戰(zhàn)略布局,加強財稅、標準、平臺、場景、國際合作等政策協同部署,加快推動技術迭代,提升產業(yè)柔性轉換能力,增強產業(yè)競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。
第一,加強全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略部署。加快研究制定全固態(tài)電池綜合性戰(zhàn)略規(guī)劃,圍繞全固態(tài)電池基礎和關鍵核心技術研發(fā)、材料和裝備協同發(fā)展、標準制定等進行系統(tǒng)化布局。針對裝備升級和市場推廣等形成專門財稅支持政策,階段性采用終端應用補貼、稅收減免、示范推廣等政策工具,強化早期市場培育。充分發(fā)揮我國超大規(guī)模市場優(yōu)勢,加強人形機器人、低空裝備等與全固態(tài)電池協同創(chuàng)新,以新場景新應用為牽引加速技術迭代和熟化。
第二,強化全領域知識產權和標準布局。建立全固態(tài)電池技術路線圖與動態(tài)評估機制,定期組織全球技術評估,跟蹤硫化物、氧化物、聚合物、鹵化物等主流固態(tài)電解質路線的進展與瓶頸,動態(tài)調整支持重點。推動研發(fā)和標準同步推進,加快性能、市場、安全和測試等標準制定和發(fā)布。加快知識產權布局,圍繞全固態(tài)電池關鍵環(huán)節(jié)開展專利積累和儲備,結合市場拓展戰(zhàn)略有針對性加強海外專利布局。
第三,完善協同創(chuàng)新體系。圍繞材料改性、界面工程及規(guī)模化制備技術,加強跨學科跨主體協同攻關,形成全固態(tài)電池的材料、電芯、系統(tǒng)集成試驗制備能力。支持科技領軍企業(yè)建設全固態(tài)電池創(chuàng)新聯合體,帶動全產業(yè)鏈企業(yè)以及高校和科研院所整體創(chuàng)新能力提升,重塑產業(yè)體系競爭新優(yōu)勢。加大對全固態(tài)電池創(chuàng)新平臺支持力度,鼓勵建設人工智能驅動的研發(fā)平臺和數據庫、中試平臺和公共測試平臺等,提高共性技術和服務供給水平。
第四,增強產業(yè)體系轉換靈活性。鼓勵電解質的氧化物、硫化物、聚合物等多元路線并行研發(fā)與競爭,避免鎖定特定技術路線。構建“平臺化+模塊化”產業(yè)創(chuàng)新生態(tài),政府牽頭建立國家級研發(fā)中試平臺,聚焦界面工程、規(guī)?;苽涔に嚨汝P鍵共性技術研發(fā),推動材料、設備、電芯與整車企業(yè)形成模塊化協作聯盟,降低產線轉換成本,實現從材料體系到電池包設計的快速重構。豐富金融支持工具,設立產業(yè)轉型基金,專項支持企業(yè)產線柔性化改造與技術轉換。
第五,引導企業(yè)有序開展國際合作。加強與新興市場在新型儲能領域的產品出口、企業(yè)合資、研發(fā)共建等全方位合作。密切跟蹤國外相關政策動態(tài),鼓勵企業(yè)聯合應對海外市場潛在風險,支持產業(yè)鏈上下游企業(yè)聯合出海,圍繞關鍵礦產等構建穩(wěn)定的海外供應鏈體系。

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