11月21日，本田公司在日本栃木县的本田技术研究所内首次公开展示了其自主研发的全固态电池示范生产线，公司计划于2025年1月正式启用这条示范生产线。届时，本田将依托该生产线推进电芯规格的开发，并针对量产技术和成本进行详细验证[1]。本田指出，新的固态电池有望在2025年后开始陆续在新车上搭载，未来考虑将其应用于摩托车和飞机上。同期，上汽集团在回复投资者提问时表示，全新一代固态电池计划于2026年实现量产，其能量密度超过400Wh/kg，远超于主流的三元锂电池[2]。近日，华为也公布了全新的固态电池专利，引发业界和市场广泛关注。此外，东风汽车、奇瑞汽车、广汽集团、宁德时代、太蓝新能源等整车及供应链企业都纷纷发布了固态电池领域的最新进展。其中，广汽集团已初步打通全固态电池全流程制造工艺，预计2026年将搭载于昊铂车型[3]。固态电池相关新闻的密集发布，仿佛为其量产化应用吹响了号角！动力电池作为新能源汽车的动力来源，是整车中最重要的系统，占整车成本30%~40%，这也是区别于其他传统燃油汽车的标志性部件。动力电池由数个电池单体、CSC信息采集系统、电池管理控制单元（BMU）、电池高压分配单元、冷却系统等组成。电池单体是构成动力电池的最小单元，由正极、负极、有机电解液等组成。现有能够量产装车的动力电池均采用含有液态电解质的电池单体，但受限于石墨负极的容量和液态电解质的物理特性，液态电解质电池的能量密度相对较低，且液态电解质易燃，有泄漏风险，特别是在过充、短路或高温条件下，存在起火和爆炸的隐患。为改善液态电解质电池单体存在的上述问题，半固态、全固态电池，将液态电解质替换成能量密度更高，安全性更好的固态电解质，成为动力电池未来的发展趋势。受限于固态电解质的发展，早期固态电池无法和液态锂离子电池媲美，2011年由Kanno教授发明的硫化物固态电解质离子导电率达12mS/cm，相较原来的固态电解质，离子导电率得到极大提升，引发了新一轮全固态电池的全球竞争。目前，全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一，被列入中国、美国、欧盟、日韩等主要国家的发展战略，也成为下一代电池技术竞争的关键制高点[4]。在政策和市场的双重驱动下，越来越多的国内外企业纷纷加入到固态电池量产化研究中。从全球固态电池产业布局来看，中国企业相对比较多。其次为日本，举国家之力推动全固态电池商业化，包括知名企业丰田、本田、日产，在电池与整车性能匹配结合方面比较有优势。韩国企业虽然不多，但作为目前全球排名靠前的电池产业大国，在固态电池方面取得了实质性进展。美国主要是一些创业企业，欧洲主要是和美国的创业企业合作，加大全固态电池创新。固态电池的创新主体包括电池企业如国内的宁德时代、辉能科技、国轩高科、蜂巢能源、清陶等，韩国的LG、三星SDI，日本的松下。车企基于自身优势，也纷纷入局固态电池的量产化研究，如国内的比亚迪、东风汽车、蔚来等，日本的丰田、本田、日产等，韩国的现代，欧美的大众、奔驰、宝马等。车企更倾向于与电池企业合作，共同推进固态电池的量产化，如丰田联合松下、出光，大众联合Quantum Space，宝马联合Solid Power等。各创新主体在进行固态电池研究的过程中，纷纷布局相关专利，但国内和国外创新主体专利数量相差较多。根据智慧芽数据统计（截至2024年7月），固态电池专利数量排名前十的企业，均为日韩企业。日本的丰田固态电池相关专利数量遥遥领先，早已超过1500项，排名第二的松下专利数量也达到了1000项。国内企业虽然一直在加大专利布局力度，不断追赶日韩企业，但目前专利数量超过200项的企业寥寥无几，基本集中在100项左右。可见，从专利布局角度看，相比日韩企业，国内企业还有一定差距，还需进一步加大布局力度。本田在固态电池领域一直属于比较低调的存在，此次高调公开其量产化示范生产线，或说明其在固态电池量产方面已经做好了充分准备。上汽集团在5月份就曾宣布预计将在2026年实现基于聚合物-无机物复合电解质的全固态电池量产，近期再次放出消息，足见其对固态电池量产的信心。华为在近期推出新能源汽车尊界，同时公开1项固态电池专利，说明其在固态电池方面也做了技术布局。以下，分别揭示本田、上汽、华为固态电池相关专利布局策略。本田相较于其他日本企业，其固态电池研发时间相对较晚，专利数量不多，布局时间主要集中在2019年之后，年申请量不超过50项。其固态电池主要布局地域为日本、中国、美国、德国、韩国等，布局较为广泛，尤其注重海外专利布局。中国专利占比28.54%，其中审中专利最多。本田在固态电池方面倾向于自主研发，如下图所示，仅有少数专利涉及到合作申请。合作的单位包括企业和科研院所，如松下电器、JSR株式会社、日亚化学工业株式会社、京都大学、加州理工学院等。可见，本田虽然作为整车企业，但其在固态电池方面的研发，并不依赖于其他电池公司或科研平台，更倾向于自主研发。笔者通过对其相关专利进行解读，发现本田专利技术布局方向比较多，包括电池单元整体结构、电池负极材料、电池模组系统等。尤其，相较其他创新主体，本田比较注重固态电池模组系统的专利布局。电池单元整体结构方面如专利WO2019187940A1在电池单元壳体侧面设置按压部，利用弹簧的弹力对固体电池施加初始载荷，减小电池单元之间的空隙，提高抗震效果；电池负极材料如专利CN111670510B中与固态电解质接触的负极层包括铝层、锂层、及被配置在铝层与锂层之间的铝‑锂合金层，铝-锂合金层的设置能够抑制锂因放电而从固体电解质层侧流出，且即使反复充放电也能保持放电容量不变；电池模组如专利WO2020065709A1中提出了一种全固态电池模组结构，包括多个电池单体，以及支撑电池单体的支撑板，在支撑板下方设置有冷却板，冷却板的空腔中流过冷却介质，该结构可以为全固态电池单元提供较好的冷却散热效果。综上，本田在固态电池方面，倾向于自主研发，除布局电解质、电极基础技术相关专利，还布局了较多电芯单体、电芯模组相关专利。同样作为整车企业，上汽集团与清陶能源成立合资公司上汽清陶，专注于开发高能量密度的全固态电池，预计能量密度将超过400Wh/kg，体积能量密度超过820Wh/L，电池容量超过75Ah，第二代产品将提升至超过500Wh/kg。为推动量产，上汽清陶在上海建设了全固态电池量产线项目，项目一期规划产能0.5GWh，并计划在2027年实现搭载全固态电池的智己品牌新车型的量产交付。此外，上汽集团和清陶能源的合作还包括成立固态电池联合实验室，并组成全固态电池产业创新联合体，共同攻关全固态电池量产的挑战。双方联合建设的乌海固态电池及关键材料零碳产业园区将支持全固态电池的量产和全球化布局。[5]通过智慧芽数据库检索发现，目前以上汽集团名义申请的固态电池相关专利较少，以上海上汽清陶能源科技有限公司申请的专利共计4项，分别涉及复合固态电解质膜（CN118398874A）、镍锰酸锂高电压正极材料的制备方法（CN118529788A）、动力电池在线电化学阻抗谱检测方法（CN118818346A）以及石墨负极极片材料（CN118919654A）。虽然上汽集团在固态电池方面专利布局较少，但其合作单位清陶能源，固态电池相关专利数量在国内排名靠前，具有较强的研发能力。截至2024年7月，清陶能源固态电池专利数量已超过120项，尤其2023年，公开固态电池专利数量相对较多，超过40项。目前专利的有效性、维持性都比较好。其专利技术布局主要集中在电解质膜材料、正负极材料等方面。如专利CN116315050B涉及一种卤化物固态电解质，化学通式为：Li2+a+2bZr1‑a‑bMaNbX6，相对于Li2ZrCl6的标准结构，以Zr为主体元素，掺杂合适种类的M、N元素，在低成本前提下，通过提高锂元素占比并基于元素M和元素N的协同作用，提高了卤化物固体电解质的离子导电率。专利CN116315067A涉及一种聚合物复合固态电解质，包括第一聚合物、第二聚合物和电解质盐，通过将具有高分子量的第一聚合物与具有低分子量的第二聚合物进行复合，以此提高聚合物复合固态电解质的离子电导率和力学强度。专利CN115360326B则涉及一种混合正极片，包括设置在集流体表面的三元活性物质层，沿着远离三元活性物质层的方向依次设置油性聚合物固态电解质层、磷酸锰铁锂层和水性聚氨酯基固态电解质层，可以提高电池的能量密度和安全性能。专利CN111403750B复合电极包括集流体、以及依次位于集流体表面的活性物质层和固态电解质涂层，复合电极中包括壳聚糖，可以改善固态电解质涂层和活性物质层的表面能，从而提高电极的电化学性能。综上，上汽集团与清陶能源共同合作研发固态电池技术，加速固态电池的量产化进度。华为进入汽车领域，大致可将其分为业务初探期、合作研发期，以及产品落地期三个阶段。2013年，华为从车载通信模块入手，初探车联网业务。2016年，华为重点围绕5G技术构建自身在车联网的技术与生态优势。2019年，华为成立智能汽车解决方案BU，明确面向智能网联汽车增量零部件的战略。2021年，华为推出HI智能汽车全栈解决方案，该解决方案包括计算与通讯架构，智能座舱、智能驾驶等多个智能化部件。华为的智能汽车解决方案不仅推动了自身的发展，更为中国新能源汽车产业的整体发展注入了新的活力。通过与国内汽车厂商的紧密合作，华为将自身的技术优势与产业需求相结合，共同推动了中国新能源汽车产业的创新与发展。近日，华为公开了1项硫化物固态电池相关专利CN118899435A，通过掺杂硫化物材料的应用，显著提升了电池的稳定性、安全性和使用寿命，为解决液态电池能量密度已达极限，难以提升的瓶颈性难题提供了新的解决方案，显示了华为在固态电池领域研发能力的不断提升，标志着华为在电池领域逐渐向核心技术发力，力图提升电池的整体使用寿命和安全性[7]。作为新能源汽车领域的跨界代表，其固态电池专利布局都做了哪些准备？截至2024年12月3日，华为已公开的固态电池相关专利数量并不多。2012年华为就着手布局固态电池相关专利，几乎与其初探汽车业务时间一致，主要专利技术涉及固态电池用复合电极材料（CN103682354B、CN103633329B）以及石榴石型氧化物固态电解质（CN103904360B）材料。之后，华为持续在固态电池方面布局专利，但年申请数量不超过5项。专利主要布局地域为中国，其次在美国、奥地利、德国和日本布局少量专利。华为固态电池相关中国专利均为发明专利，且多数处于有效和审中状态，少数专利已经失效。华为固态电池技术相关专利多数来源于自主研发，少量专利涉及与其他创新主体合作申请，主要以科研院所为主，包括清华大学、哈尔滨工业大学、宁波大学、中国科学院物理研究所等。其中清华大学主要涉及南策文教授团队，中国科学院物理研究所主要涉及吴凡团队。
华为固态电池技术相关专利主要涉及电解质材料表面包覆、电极活性物质表面包覆、电解质材料元素掺杂等，其中专利数量较多的为电解质材料表面包覆，其次为电极活性材料表面包覆。电解质材料表面包覆方面如在石榴石型快离子导体Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12表面包覆非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂，由于包覆层比较柔软，有助于提高界面稳定性（CN103904360B）；或者在Li2S-P2S5玻璃陶瓷材料表面包覆无机氧化物材料或无机磷化物，兼具良好的电导率和空气稳定性（CN103943880A）；复合电解质材料表面包覆绝缘聚合物，聚合物包覆层为聚对二甲苯及其衍生物，可有效阻止电子从负极传入无机固态电解质本体内部，抑制锂枝晶的产生 （CN113809388B）；在具有线体形状的固态电解质表面包覆颗粒介电材料，由介电材料制成的颗粒有助于离子化合物解离，由快离子导体支撑的线体能为离子提供快速移动的传输路径，从而有利于提升固态电解质的室温电导率，以提升固态电池的性能（CN115954531A）。电极活性物质表面包覆，主要包括正极活性物质表面包覆和负极活性物质表面包覆，采用的正极活性材料通常为钴酸锂、镍酸锂等，包覆材料可以为聚合物 （CN103682354B）、过渡金属氧化物 （CN103633329B）、金属氟化物 （CN115706222A、CN117334851A）等，表面包覆的主要目的为提高电极-电解质之间的界面稳定性。负极活性物质包覆方面，涉及硅基负极表面包覆有机化合物，降低硅的体积膨胀（CN109119617B）；表面包覆含氟碳材料保护层，提高硅负极稳定性 （CN109728259B）。少量专利涉及金属负极活性材料表面包覆保护层，保护层由具有溶解碱金属能力的液态或凝胶态内层及具有高离子电导率的固态外层组成，可有效抑制电池充放电过程中碱金属负极表面枝晶生长及由于枝晶导致的电池安全及寿命问题（CN113540401B）。华为在固态电池技术方面的专利数量相较于国内外专注于固态电池研究的创新主体并不多，尤其丰田、三星、LG等日韩企业，已在固态电池领域深耕多年，积累大量研发经验和技术成果。但其能够在2012年初探汽车业务之时，就提前进行固态电池专利布局，并且近些年还在持续布局，说明华为对固态电池技术具有超前布局的意识，并保持着一定研发积极性和热情。随着新能源汽车市场的不断扩大，相较液体电池，固态电池优势明显，各国纷纷出台相关政策支持固态电池的研究和量产化开发，国内外车企、动力电池企业、科研院所等纷纷加入固态电池的研究中，说明固态电池技术未来发展前景向好。各创新主体积极进行专利布局，除自主研发外，也在不断推进合作开发，包括车企与电池企业之间，车企、电池企业与科研院所之间，为后续在固态电池市场竞争中占有一席之地而做准备。但我们也可以看到，虽然国内外众多企业一直致力于固态电池量产化研究，目前为止未见相关企业真正推出一款适用于新能源汽车的可量产化固态电池产品，说明固态电池的量产目前还存在较多问题需要克服。包括技术痛点，如界面稳定性差、空气稳定性差以及离子导电率较低等；经济痛点，相比液体锂电池，固态电池的材料成本和制造成本均较高。在量产化的关键时间节点，谁能提前突破技术难关，推出首款可量产化固态电池产品？我们拭目以待。
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