文|智駕時(shí)代 王碩奇
每當(dāng)固態(tài)電池距離宣稱(chēng)的量產(chǎn)日子越來(lái)越近，就很出現(xiàn)更多的質(zhì)疑，無(wú)論是技術(shù)、成本、產(chǎn)業(yè)似乎都還沒(méi)有做好固態(tài)電池商用化的準(zhǔn)備，但絲毫不影響各家企業(yè)對(duì)于固態(tài)電池的投入，而這項(xiàng)技術(shù)的量產(chǎn)時(shí)間點(diǎn)也正式代表了電動(dòng)車(chē)和燃油車(chē)分庭抗禮的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
固態(tài)電池正在成為動(dòng)力電池領(lǐng)域的圣杯，但固然電池真得快到量產(chǎn)臨界點(diǎn)了嗎？
在2020東京奧運(yùn)會(huì)進(jìn)入10天倒計(jì)時(shí)之際，各界都在盯著奧運(yùn)贊助商豐田汽車(chē)的首款采用固態(tài)電池的原型車(chē)的首次亮相。
如果按照福特、寶馬、現(xiàn)代、三星和中國(guó)上汽共同投資的固態(tài)電池新創(chuàng)企業(yè)Solid Power在一個(gè)月前的6月15日宣布將通過(guò)與SPAC合并的方式上市來(lái)看，固態(tài)電池至少量產(chǎn)可期。
而無(wú)論是中國(guó)資本市場(chǎng)還是美日兩國(guó)的資本市場(chǎng)，固態(tài)電池概念已經(jīng)被連續(xù)瘋炒。
為何固態(tài)電池?zé)岫炔粶p？
所謂固態(tài)電池，是指采用固態(tài)電解質(zhì)的動(dòng)力電池。
它最大的特點(diǎn)是容量大，同時(shí)安全，也即現(xiàn)代液態(tài)鋰電池的兩大弊端它全解決了。
據(jù)介紹，一輛固態(tài)汽車(chē)的續(xù)航里程可達(dá) 1000 公里（621 英里），充電需要 10 分鐘。固態(tài)電池隨著時(shí)間的推移劣化較少，豐田的目標(biāo)是在 30 年的使用壽命內(nèi)保持90% 的電池性能。
在傳統(tǒng)鋰電池中，電解質(zhì)是液態(tài)的，鋰離子在電解液中遷移來(lái)完成正負(fù)極間的穿梭實(shí)現(xiàn)充放電。而固態(tài)電池把電解質(zhì)換成了固體——類(lèi)似于一種膠體的形態(tài)，鋰離子在這種固態(tài)電解質(zhì)中完成遷移。
液態(tài)鋰電池之所以會(huì)發(fā)生自燃，就是因?yàn)殡娊庖阂驗(yàn)闈B漏或者外力撞擊出現(xiàn)了外泄。而固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)，就是固態(tài)電解質(zhì)不可燃燒，這就極大地提高了電池安全性。
此外，固態(tài)電池還具有耐高溫、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、體積小、能量密度大的特性，規(guī)避了傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的主要弱點(diǎn)。
現(xiàn)在主流的液態(tài)鋰離子電池的能量密度上限被公認(rèn)為300Wh/kg，即便是300Wh/kg也只是理論值。
事實(shí)上國(guó)產(chǎn)的純電動(dòng)車(chē)，能量密度目前能達(dá)到170Wh/kg、180Wh/kg就已經(jīng)算最優(yōu)秀的了。
由于，固態(tài)電解質(zhì)取代了隔膜和電解質(zhì)（占電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量），意味著正負(fù)極之間僅剩固態(tài)電解質(zhì)，因此兩極間的距離可縮短至十幾微米，從而使電池厚度大大降低，同體積下重量大為減輕，解決了新能源車(chē)自重過(guò)重的弊端，也能達(dá)到一定的節(jié)省能效的作用。
新能源車(chē)什么時(shí)候可以取代燃油車(chē)，在動(dòng)力電池領(lǐng)域市場(chǎng)公認(rèn)一個(gè)答案是，現(xiàn)有電動(dòng)車(chē)的電池系統(tǒng)能量密度翻一倍半，從普遍的 160wh／kg 到 400wh／kg。
而解決電池的能量密度問(wèn)題，消滅里程焦慮，最后的方案一定是固態(tài)電池。
但是，固態(tài)電池也存在一些目前尚未攻克的瓶頸，例如：固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率較低，充電比較慢；制造工藝復(fù)雜，成本較高；產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整，還難以大規(guī)模生產(chǎn)。
而這此弱點(diǎn)在技術(shù)層面正來(lái)到臨界點(diǎn)，成本問(wèn)題正成為它商業(yè)化的最大障礙。
近半年來(lái)，日經(jīng)新聞發(fā)表了多篇固態(tài)電池的文章，《車(chē)載全固態(tài)電池將是日德“決戰(zhàn)”》、《日本要借全固態(tài)電池謀求逆轉(zhuǎn)》。
從這些文章中，不能看出日本產(chǎn)業(yè)界和媒體已將固態(tài)電池技術(shù)突破視為不僅僅影響電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，甚至直接影響國(guó)運(yùn)。
根本原因在于日本認(rèn)為在鋰電池領(lǐng)域被日韓反超，影響了日本汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。
日本直接將固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)鎖定在日德兩國(guó)，主要原因是日本的豐田汽車(chē)在這領(lǐng)域保持領(lǐng)先。
根據(jù)歐洲專(zhuān)利局和國(guó)際能源署的一份報(bào)告，豐田十多年來(lái)一直在追求下一代電池，從 2014 年到 2018 年，固態(tài)電池的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量最多。
豐田在 5 月 12 日的收益會(huì)議上發(fā)誓要在 2030 年銷(xiāo)售 800 萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)，其中燃料電池汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)占該預(yù)期的四分之一。
然后，在 2020 年 4 月，豐田與松下成立了一家合資企業(yè) Prime Planet Energy & Solutions，以開(kāi)發(fā)汽車(chē)電池，專(zhuān)注于固態(tài)電池。
另一家日本汽車(chē)制造商日產(chǎn)預(yù)計(jì)到 2028 年將推出固態(tài)電池原型車(chē)。
另外，據(jù)Nikkei Asia報(bào)道，日本工業(yè)制造商日立造船已開(kāi)發(fā)出一種固態(tài)電池，聲稱(chēng)其擁有業(yè)內(nèi)最高容量之一。
這家總部位于大阪的公司表示，這種新型固態(tài)電池可以在更大的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。它將很快在工業(yè)機(jī)械和太空中進(jìn)行測(cè)試。
該公司表示，其新型突破性電池的容量是其以前型號(hào)的七倍。
日本制造的固態(tài)電池容量為 1,000 毫安時(shí) (mAh)。
此外，它還可以在 -40o 至 100oC（-40o 至 212oF）的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。日立造船甚至宣布與日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)達(dá)成協(xié)議，在太空測(cè)試其固態(tài)電池。
此外，日本電池公司村田制作所宣稱(chēng)已在2021財(cái)年內(nèi)量產(chǎn)安全性更高的新一代電池“全固態(tài)電池”。但這一電池主要面向耳機(jī)等可穿戴終端供貨。它的技術(shù)突破源于從索尼收購(gòu)的鋰離子電池技術(shù)加上通過(guò)主力的積層陶瓷電容器（MLCC）積累的積層技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了大容量化。
但這一電池并不適用于大容量、高輸出功率的用途，也就是不適合做動(dòng)力電池。
日經(jīng)新聞報(bào)道稱(chēng)，日本政府正在考慮將一部分新的 2 萬(wàn)億日元（192 億美元）脫碳基金用于在該國(guó)建設(shè)固態(tài)電池生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施。三井金屬、石油公司出光興產(chǎn)和住友化學(xué)等工業(yè)公司都在加緊制造固體電解質(zhì)。
而被日本視為對(duì)手的則是正在謀求上市的Solid Power和得到比爾·蓋茨和大眾汽車(chē)支持的QuantumScape。
在智駕君看來(lái)，當(dāng)前最有可能量產(chǎn)的是Solid Power，一是其即將上市，二來(lái)它的投資商寶馬集團(tuán)在今年6月2日的一場(chǎng)線(xiàn)上發(fā)布會(huì)中代替Solid Power宣布：計(jì)劃在2022年開(kāi)展100安時(shí)固態(tài)電芯車(chē)規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試及整車(chē)的集成，2025年前推出應(yīng)用固態(tài)電池的原型車(chē)，2030年前將技術(shù)應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)。
今天五月，Solid Power推出了全固態(tài)平臺(tái)（All-Solid-State Platform）技術(shù)，并公布了三種獨(dú)特的電池設(shè)計(jì)。此外，該公司還稱(chēng)，已成功將富含硅的全固態(tài)電池過(guò)渡至其位于科羅拉多州的生產(chǎn)線(xiàn)。
該靈活的全固態(tài)平臺(tái)由Solid Power專(zhuān)有的硫化物固態(tài)電解質(zhì)提供動(dòng)力，并可以使陽(yáng)極中的大量硅和鋰金屬與滿(mǎn)足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的和商業(yè)成熟的陰極（包括鋰、鎳、錳、鈷氧化物（NMC））配對(duì)。
此外，該平臺(tái)還可使用低成本和高比能量轉(zhuǎn)換型陰極，而這些陰極不適用于鋰離子或其他基于液體的電芯結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)合鋰金屬陽(yáng)極，轉(zhuǎn)化型陰極可以從陰極中完全去除鈷和鎳，并可以將陰極活性材料的成本降低90％。
而德國(guó)的另兩大巨頭之一的大眾汽車(chē)表示將在2025年之前生產(chǎn)出自己的固態(tài)電池。
大眾汽車(chē)集團(tuán)零部件公司首席技術(shù)官Thomas Schmall在今年6月1日接受采訪(fǎng)時(shí)表示：“目前，大眾汽車(chē)對(duì)開(kāi)發(fā)新一代固態(tài)電池寄予厚望，并考慮將電池業(yè)務(wù)分拆上市。”
大眾汽車(chē)高層認(rèn)為，固態(tài)電池有更好的性能和更低的成本，公司希望在2025年形成完整的固態(tài)電池銷(xiāo)售模式，向市場(chǎng)供應(yīng)固態(tài)電池，并計(jì)劃到2030年在歐洲建立6家大型電池工廠(chǎng)，總年產(chǎn)能達(dá)到240GWh。
在昨天大眾集團(tuán)CEO迪斯發(fā)布的2030戰(zhàn)略中，并沒(méi)有提到固態(tài)電池，但明確提出了打造世界三大電池制造商的目標(biāo)。
而戴姆勒則是2020年宣布了與加拿大魁北克水電公司合作開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的消息，達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)后將在戴姆勒旗下的電動(dòng)汽車(chē)上使用。
相比而言，中國(guó)在固態(tài)電池領(lǐng)域被世界所關(guān)注，即是今年1月9號(hào)，蔚來(lái)李斌在NIO Day上高調(diào)發(fā)布能量密度達(dá)360Wh/kg的150kWh固態(tài)電池包，搭載該電池包的蔚來(lái)ET7轎車(chē)?yán)m(xù)航將超過(guò)1000km。
這一消息先是在中國(guó)動(dòng)力電池領(lǐng)域引發(fā)爭(zhēng)論，有哪家供應(yīng)商能在神不知鬼不覺(jué)得實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，繼而這一消息迅速引發(fā)世界汽車(chē)巨頭的關(guān)注。
中國(guó)一躍成為固態(tài)電池的主要玩家之一。
而如果按照ET7明年開(kāi)始交付的話(huà)，這時(shí)候的固態(tài)電池量產(chǎn)也接近尾聲了。
而這最終證明是一個(gè)有點(diǎn)夸大的宣傳。
此后李斌已多次澄清，ET7搭載的電池實(shí)為半固態(tài)電池。
從液態(tài)到半固態(tài)是不是巨大的進(jìn)步呢？
這要看從哪個(gè)角度看。
目前量產(chǎn)的固態(tài)電池仍不能稱(chēng)為全固態(tài)
目前，市場(chǎng)上有部分企業(yè)宣稱(chēng)固態(tài)電池已進(jìn)入、或即將進(jìn)入量產(chǎn)階段，比如輝能科技宣稱(chēng)將于2024年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)，但已公開(kāi)電池內(nèi)部含有一定量的液態(tài)電解液，并非真正意義上的固態(tài)電池。
現(xiàn)階段宣稱(chēng)量產(chǎn)的固態(tài)電池普遍存在兩個(gè)特點(diǎn)：
（1）負(fù)極仍為石墨或者含少量硅的Si-C復(fù)合負(fù)極此電池體系結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池一致，并未有突破性的設(shè)計(jì)。
同時(shí)由于氧化物、硫化物等無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的密度普遍高于現(xiàn)有商業(yè)碳酸酯等液態(tài)電解液，在采用相同的正負(fù)極材料體系下，固態(tài)電池的能量密度低于現(xiàn)有商業(yè)化的鋰離子電池。因此，從能量密度考慮，應(yīng)該開(kāi)發(fā)鋰金屬等高容量材料作為負(fù)極。但由于鋰金屬負(fù)極制備工藝、鋰金屬負(fù)極巨大的體積變化、鋰金屬電池微短等因素的限制，高能量密度固態(tài)鋰金屬電池距離量產(chǎn)應(yīng)用還有較長(zhǎng)的研究路程。
（2）多數(shù)為固液混合體系針對(duì)固態(tài)電池的界面難點(diǎn)，業(yè)界提出可以在電池中添加少量的液體成分以改善界面浸潤(rùn)。
中科院李泓老師等人在《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》期刊所發(fā)表文章中將這種技術(shù)路線(xiàn)按照液體組分的添加量劃分出不同的固態(tài)電池概念，其中，液態(tài)含量占比為10%的體系稱(chēng)為半固態(tài)電池，5%稱(chēng)為準(zhǔn)固態(tài)電池（也有人表示液態(tài)含量低至5%后的體系，就可以認(rèn)為是“固態(tài)”電池）。上述含液體的電池可以認(rèn)為是固液混合，而不含任何液體組分的，才能被公認(rèn)為“全固態(tài)電池”。
因此包括蔚來(lái)在內(nèi)的多家企業(yè)，嚴(yán)格意義上來(lái)講都不算純固態(tài)電池。
蔚來(lái)宣傳的時(shí)候，最為關(guān)鍵的注液量根本沒(méi)提，提的是原位固化。
不過(guò)從商業(yè)角度看，不違背法律就行。
但如果從這個(gè)角度出發(fā)，那么任何鋰電池都可以叫做固態(tài)電池，或者說(shuō)半固態(tài)電池，或者混合固液電池。
從寬泛的學(xué)術(shù)角度來(lái)看，只要注液量能夠低到一定程度，安全性大幅度提升，宣傳半固態(tài)沒(méi)毛病。
但從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)角度來(lái)看，有液體電解質(zhì)就不能成為固態(tài)電池。
而非全固態(tài)的固態(tài)鋰電，在能量密度方面沒(méi)有那么大的優(yōu)勢(shì)，在安全性方面，有所改進(jìn)但并沒(méi)有根除，依然 有相當(dāng)高的風(fēng)險(xiǎn)。
此外，在生產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃和投資方面依然有較大的變化風(fēng)險(xiǎn)。
不過(guò)雖然量產(chǎn)有難度，何時(shí)技術(shù)突破有爭(zhēng)議，我國(guó)布局固態(tài)電池的企業(yè)不在少數(shù)。
寧德時(shí)代的固態(tài)電池，表示要到2030年會(huì)面向市場(chǎng)推出。
在2019 年12 月，工信部發(fā)布《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》（征求意見(jiàn)稿）中，把加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車(chē)核心技術(shù)攻關(guān)工程”，將固態(tài)電池或推升到了國(guó)家戰(zhàn)略層面。
在中國(guó)車(chē)企中，上汽集團(tuán)也在6月15日發(fā)布了消息，稱(chēng)2025年將正式推出高安全性、高能量密度、面向商業(yè)應(yīng)用的固態(tài)鋰電池。
不過(guò)它所宣稱(chēng)的這款固態(tài)電池事實(shí)上Quantum Scaper，上汽與大眾一樣也是Quantum Scape的投資方之一。
當(dāng)前對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用固態(tài)鋰電的預(yù)期，是在2025年。
目前來(lái)說(shuō)其實(shí)并沒(méi)有提前的跡象（最多就是小規(guī)模示范性項(xiàng) 目），而且看現(xiàn)在的實(shí)際車(chē)企測(cè)試的結(jié)果，還有向2030年繼續(xù)推遲下去的趨勢(shì)。
此外制造固態(tài)電池的氧化物和硫化物電解質(zhì)，屬于多孔隙的陶瓷材料，材料的特點(diǎn)就是脆，想要加工成很薄的電解質(zhì)很困難，稍有不慎就會(huì)斷裂。
同時(shí)以現(xiàn)有的工藝水平和設(shè)備能力，成品的良率也無(wú)法保障。
當(dāng)前固態(tài)電池離量產(chǎn)還有距離，更不談配套的產(chǎn)業(yè)鏈。
不過(guò)，固態(tài)電池的生產(chǎn)存在瓶頸是現(xiàn)實(shí)。
在從走出實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)還有一段時(shí)間，這段時(shí)間有多長(zhǎng)，并不取決于車(chē)企宣布的時(shí)間表。
今年豐田的搭載固態(tài)電池的原型車(chē)備受期待，但豐田在今年五月表示，生產(chǎn)固態(tài)電池仍然存在巨大挑戰(zhàn)，需在新材料、新設(shè)計(jì)的取得突破的前提下，才能夠激發(fā)電池的真正潛力，目前離理想的方案還有些距離。
在世界主要汽車(chē)制造大國(guó)開(kāi)展固態(tài)電池的軍備競(jìng)賽的同時(shí)，業(yè)內(nèi)人士將特斯拉和馬期克視為一個(gè)冷眼看世界的旁觀(guān)者，馬斯克一直對(duì)固態(tài)電池保持沉默，并一直暗示最應(yīng)擔(dān)心的是當(dāng)前鋰離子電池的鎳供應(yīng)。
不過(guò)今天特斯拉在去年發(fā)布的4680電池有了新進(jìn)展。
7月13日，《韓國(guó)先驅(qū)報(bào)》消息人士稱(chēng)，三星SDI和LG Energy Solution已經(jīng)完成了特斯拉在 2020 年展示的 4680 節(jié)電池的開(kāi)發(fā)。
“三星 SDI 和 LG Energy Solution 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了圓柱形 4680 電池的樣品，目前正在他們的設(shè)施中進(jìn)行各種測(cè)試，以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)完整性。此外，他們還向供應(yīng)商提供了 4680 電池的規(guī)格，”一位了解此事的高級(jí)行業(yè)官員告訴該機(jī)構(gòu)。
他們正在努力贏得特斯拉的合同。
從馬斯克的選擇回頭看動(dòng)力電池的圣杯是不是一定是固態(tài)電池？
事實(shí)上就商業(yè)化而言，也需要保留一絲懷疑，馬斯克已經(jīng)用18650電池證明了最先進(jìn)的電池不一定適合商業(yè)化，成熟的低本成的技術(shù)才是打開(kāi)電池效能天花板的關(guān)鍵。
行文至此，不由想起固態(tài)電池的研發(fā)歷史，固態(tài)技術(shù)的起源可以追溯到 1834 年，與比特斯拉更早的偉大科學(xué)家法拉第（Farraday）發(fā)現(xiàn)了固態(tài)離子。
而至上世紀(jì) 1950 年代，材料科學(xué)發(fā)展到足以使固態(tài)成為基于實(shí)驗(yàn)室的可行理論。至今人類(lèi)在它身上已經(jīng)投下了數(shù)十億美元的研究，固態(tài)電池固然已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，但成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)還需要繼續(xù)努力。
我們無(wú)法通過(guò)一篇文章?lián)荛_(kāi)固態(tài)電池的迷霧，但顯然在迷露無(wú)法揭開(kāi)的情況下，關(guān)于固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)已被賦予了太多非技術(shù)本身的因素，它意味著巨大的財(cái)富，意味著產(chǎn)業(yè)興衰，甚至國(guó)家成敗。
但我們相信，在一個(gè)成熟市場(chǎng)中，技術(shù)的突破不可能寄托于一家公司，它一直是產(chǎn)業(yè)鏈的勝利，就此而言，我們不必?fù)?dān)心在這一領(lǐng)域被德日超過(guò)。
