文|智駕時代 王碩奇
每當(dāng)固態(tài)電池距離宣稱的量產(chǎn)日子越來越近，就很出現(xiàn)更多的質(zhì)疑，無論是技術(shù)、成本、產(chǎn)業(yè)似乎都還沒有做好固態(tài)電池商用化的準(zhǔn)備，但絲毫不影響各家企業(yè)對于固態(tài)電池的投入，而這項技術(shù)的量產(chǎn)時間點也正式代表了電動車和燃油車分庭抗禮的關(guān)鍵節(jié)點。
固態(tài)電池正在成為動力電池領(lǐng)域的圣杯，但固然電池真得快到量產(chǎn)臨界點了嗎？
在2020東京奧運會進入10天倒計時之際，各界都在盯著奧運贊助商豐田汽車的首款采用固態(tài)電池的原型車的首次亮相。
如果按照福特、寶馬、現(xiàn)代、三星和中國上汽共同投資的固態(tài)電池新創(chuàng)企業(yè)Solid Power在一個月前的6月15日宣布將通過與SPAC合并的方式上市來看，固態(tài)電池至少量產(chǎn)可期。
而無論是中國資本市場還是美日兩國的資本市場，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)的動力電池。
它最大的特點是容量大，同時安全，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)汽車的續(xù)航里程可達 1000 公里（621 英里），充電需要 10 分鐘。固態(tài)電池隨著時間的推移劣化較少，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完成正負極間的穿梭實現(xiàn)充放電。而固態(tài)電池把電解質(zhì)換成了固體——類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)鋰電池之所以會發(fā)生自燃，就是因為電解液因為滲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，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。
現(xiàn)在主流的液態(tài)鋰離子電池的能量密度上限被公認為300Wh/kg，即便是300Wh/kg也只是理論值。
事實上國產(chǎn)的純電動車，能量密度目前能達到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，解決了新能源車自重過重的弊端，也能達到一定的節(jié)省能效的作用。
新能源車什么時候可以取代燃油車，在動力電池領(lǐng)域市場公認一個答案是，現(xiàn)有電動車的電池系統(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)。
而這此弱點在技術(shù)層面正來到臨界點，成本問題正成為它商業(yè)化的最大障礙。
近半年來，日經(jīng)新聞發(fā)表了多篇固態(tài)電池的文章，《車載全固態(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汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，甚至直接影響國運。
根本原因在于日本認為在鋰電池領(lǐng)域被日韓反超，影響了日本汽車產(chǎn)業(yè)的未來。
日本直接將固態(tài)電池的競爭鎖定在日德兩國，主要原因是日本的豐田汽車在這領(lǐng)域保持領(lǐng)先。
根據(jù)歐洲專利局和國際能源署的一份報告，豐田十多年來一直在追求下一代電池，從 2014 年到 2018 年，固態(tài)電池的專利申請數(shù)量最多。
豐田在 5 月 12 日的收益會議上發(fā)誓要在 2030 年銷售 800 萬輛電動汽車，其中燃料電池汽車和電動汽車占該預(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，以開發(fā)汽車電池，專注于固態(tài)電池。
另一家日本汽車制造商日產(chǎn)預(yù)計到 2028 年將推出固態(tài)電池原型車。
另外，據(jù)Nikkei Asia報道，日本工業(yè)制造商日立造船已開發(fā)出一種固態(tài)電池，聲稱其擁有業(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)運行。它將很快在工業(yè)機械和太空中進行測試。
該公司表示，其新型突破性電池的容量是其以前型號的七倍。
日本制造的固態(tài)電池容量為 1,000 毫安時 (mAh)。
此外，它還可以在 -40o 至 100oC（-40o 至 212oF）的溫度范圍內(nèi)運行。日立造船甚至宣布與日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)達成協(xié)議，在太空測試其固態(tài)電池。
此外，日本電池公司村田制作所宣稱已在2021財年內(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等可穿戴終端供貨。它的技術(shù)突破源于從索尼收購的鋰離子電池技術(shù)加上通過主力的積層陶瓷電容器（MLCC）積累的積層技術(shù)等，實現(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，也就是不適合做動力電池。
日經(jīng)新聞報道稱，日本政府正在考慮將一部分新的 2 萬億日元（192 億美元）脫碳基金用于在該國建設(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·蓋茨和大眾汽車支持的QuantumScape。
在智駕君看來，當(dāng)前最有可能量產(chǎn)的是Solid Power，一是其即將上市，二來它的投資商寶馬集團在今年6月2日的一場線上發(fā)布會中代替Solid Power宣布：計劃在2022年開展100安時固態(tài)電芯車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)的測試及整車的集成，2025年前推出應(yīng)用固態(tài)電池的原型車，2030年前將技術(shù)應(yīng)用于量產(chǎn)車。
今天五月，Solid Power推出了全固態(tài)平臺（All-Solid-State Platform）技術(shù)，并公布了三種獨特的電池設(shè)計。此外，該公司還稱，已成功將富含硅的全固態(tài)電池過渡至其位于科羅拉多州的生產(chǎn)線。
該靈活的全固態(tài)平臺由Solid Power專有的硫化物固態(tài)電解質(zhì)提供動力，并可以使陽極中的大量硅和鋰金屬與滿足工業(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。
此外，該平臺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)。通過結(jié)合鋰金屬陽極，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％。
而德國的另兩大巨頭之一的大眾汽車表示將在2025年之前生產(chǎn)出自己的固態(tài)電池。
大眾汽車集團零部件公司首席技術(shù)官Thomas Schmall在今年6月1日接受采訪時表示：“目前，大眾汽車對開發(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。”
大眾汽車高層認為，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)電池銷售模式，向市場供應(yīng)固態(tài)電池，并計劃到2030年在歐洲建立6家大型電池工廠，總年產(chǎn)能達到240GWh。
在昨天大眾集團CEO迪斯發(fā)布的2030戰(zhàn)略中，并沒有提到固態(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發(fā)固態(tài)電池的消息，達到量產(chǎn)狀態(tài)后將在戴姆勒旗下的電動汽車上使用。
相比而言，中國在固態(tài)電池領(lǐng)域被世界所關(guān)注，即是今年1月9號，蔚來李斌在NIO Day上高調(diào)發(fā)布能量密度達360Wh/kg的150kWh固態(tài)電池包，搭載該電池包的蔚來ET7轎車?yán)m(xù)航將超過1000km。
這一消息先是在中國動力電池領(lǐng)域引發(fā)爭論，有哪家供應(yīng)商能在神不知鬼不覺得實現(xiàn)量產(chǎn)，繼而這一消息迅速引發(fā)世界汽車巨頭的關(guān)注。
中國一躍成為固態(tài)電池的主要玩家之一。
而如果按照ET7明年開始交付的話，這時候的固態(tài)電池量產(chǎn)也接近尾聲了。
而這最終證明是一個有點夸大的宣傳。
此后李斌已多次澄清，ET7搭載的電池實為半固態(tài)電池。
從液態(tài)到半固態(tài)是不是巨大的進步呢？
這要看從哪個角度看。
目前量產(chǎn)的固態(tài)電池仍不能稱為全固態(tài)
目前，市場上有部分企業(yè)宣稱固態(tài)電池已進入、或即將進入量產(chǎn)階段，比如輝能科技宣稱將于2024年實現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)，但已公開電池內(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)階段宣稱量產(chǎn)的固態(tài)電池普遍存在兩個特點：
（1）負極仍為石墨或者含少量硅的Si-C復(fù)合負極此電池體系結(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。
同時由于氧化物、硫化物等無機固態(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)該開發(fā)鋰金屬等高容量材料作為負極。但由于鋰金屬負極制備工藝、鋰金屬負極巨大的體積變化、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)用還有較長的研究路程。
（2）多數(shù)為固液混合體系針對固態(tài)電池的界面難點，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。
中科院李泓老師等人在《儲能科學(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%的體系稱為半固態(tài)電池，5%稱為準(zhǔn)固態(tài)電池（也有人表示液態(tài)含量低至5%后的體系，就可以認為是“固態(tài)”電池）。上述含液體的電池可以認為是固液混合，而不含任何液體組分的，才能被公認為“全固態(tài)電池”。
因此包括蔚來在內(nèi)的多家企業(yè)，嚴(yán)格意義上來講都不算純固態(tài)電池。
蔚來宣傳的時候，最為關(guān)鍵的注液量根本沒提，提的是原位固化。
不過從商業(yè)角度看，不違背法律就行。
但如果從這個角度出發(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)沒毛病。
但從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)角度來看，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，在能量密度方面沒有那么大的優(yōu)勢，在安全性方面，有所改進但并沒有根除，依然 有相當(dāng)高的風(fēng)險。
此外，在生產(chǎn)線規(guī)劃和投資方面依然有較大的變化風(fēng)險。
不過雖然量產(chǎn)有難度，何時技術(shù)突破有爭議，我國布局固態(tài)電池的企業(yè)不在少數(shù)。
寧德時代的固態(tài)電池，表示要到2030年會面向市場推出。
在2019 年12 月，工信部發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》（征求意見稿）中，把加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程”，將固態(tài)電池或推升到了國家戰(zhàn)略層面。
在中國車企中，上汽集團也在6月15日發(fā)布了消息，稱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。
不過它所宣稱的這款固態(tài)電池事實上Quantum Scaper，上汽與大眾一樣也是Quantum Scape的投資方之一。
當(dāng)前對于大規(guī)模應(yīng)用固態(tài)鋰電的預(yù)期，是在2025年。
目前來說其實并沒有提前的跡象（最多就是小規(guī)模示范性項 目），而且看現(xiàn)在的實際車企測試的結(jié)果，還有向2030年繼續(xù)推遲下去的趨勢。
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，材料的特點就是脆，想要加工成很薄的電解質(zhì)很困難，稍有不慎就會斷裂。
同時以現(xiàn)有的工藝水平和設(shè)備能力，成品的良率也無法保障。
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，固態(tài)電池的生產(chǎn)存在瓶頸是現(xiàn)實。
在從走出實驗室到量產(chǎn)還有一段時間，這段時間有多長，并不取決于車企宣布的時間表。
今年豐田的搭載固態(tài)電池的原型車備受期待，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。
在世界主要汽車制造大國開展固態(tài)電池的軍備競賽的同時，業(yè)內(nèi)人士將特斯拉和馬期克視為一個冷眼看世界的旁觀者，馬斯克一直對固態(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)。
不過今天特斯拉在去年發(fā)布的4680電池有了新進展。
7月13日，《韓國先驅(qū)報》消息人士稱，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)電池的開發(fā)。
“三星 SDI 和 LG Energy Solution 已經(jīng)開發(fā)了圓柱形 4680 電池的樣品，目前正在他們的設(shè)施中進行各種測試，以驗證其結(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行業(yè)官員告訴該機構(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力電池的圣杯是不是一定是固態(tài)電池？
事實上就商業(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)成為基于實驗室的可行理論。至今人類在它身上已經(jīng)投下了數(shù)十億美元的研究，固態(tài)電池固然已經(jīng)走出實驗室，但成為商業(yè)現(xiàn)實還需要繼續(xù)努力。
我們無法通過一篇文章?lián)荛_固態(tài)電池的迷霧，但顯然在迷露無法揭開的情況下，關(guān)于固態(tài)電池的競爭已被賦予了太多非技術(shù)本身的因素，它意味著巨大的財富，意味著產(chǎn)業(yè)興衰，甚至國家成敗。
但我們相信，在一個成熟市場中，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，我們不必擔(dān)心在這一領(lǐng)域被德日超過。
