2019年的諾貝爾化學獎花落鋰電池領域，一時間，鋰離子電池這一驅動信息化社會的基礎元件成為了人們關注的焦點?！颁囯娭浮惫诺霞{夫也成為媒體熱議的話題，時年97歲的他仍然奮斗在研發(fā)的一線，并在三年前開發(fā)出了全球首個全固態(tài)電解質鋰電池。
這類電池以固態(tài)電解質取代了傳統(tǒng)鋰離子電池的有機液態(tài)電解質，能量密度達到了普通鋰電池的三倍，并擁有1200次的完整充放電循環(huán)。這一技術將有望應用于電動汽車上，徹底解決電動汽車的續(xù)航焦慮。
事實上，自誕生之初，這一電池體系就以安全性、穩(wěn)定性著稱。隨著2016年無機硫化物材料的發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電池的離子電導率以及電化學窗口取得突破性的進展，這一產品的應用前景從精密傳感器等小眾市場一下子拓展到了電動汽車、消費電子等大范圍的應用領域。有學者認為，固態(tài)電池是目前距離量產最近的下一代電池解決方案。
不過，關注固態(tài)電池的不僅僅只有古迪納夫等學界的大牛。在汽車產業(yè)，豐田、寶馬、本田、日產、現(xiàn)代、大眾等國際主流車企已經紛紛開始布局固態(tài)電池領域，國內長城、比亞迪、天際汽車、蔚來汽車、愛馳汽車與眾多動力電池供應商也已入局，并亮出了固態(tài)電池的落地時間表。
目前，固態(tài)電池共有聚合物電解質、無機氧化物電解質、無機硫化物電解質三大技術路線，各有優(yōu)缺點。但總體來看，三條技術路線距離量產仍有距離，但其作為電池明日之星的地位十分穩(wěn)固， 一場爭奪電動汽車電池技術制高點的暗戰(zhàn)已然打響。
一、概念奠基于200年前 2017年技術突破迎高潮
固態(tài)電池，顧名思義就是以聚合物、無機氧化物或無機硫化物等固態(tài)電解質取代有機液態(tài)電解質填充電池內部的電池體系。
▲傳統(tǒng)電池（左）與固態(tài)電池（右）結構原理圖對比
其工作原理就是在讓鋰離子通過固態(tài)電解質中的離子通道移動于正負極材料之間，與電極交換電荷，完成充放電過程。由于固態(tài)電解質的理化性質穩(wěn)定，現(xiàn)階段的固態(tài)電池技術，通常有著優(yōu)于傳統(tǒng)鋰電池的能量密度、安全性與穩(wěn)定性。
固態(tài)電池的三大技術特征分別是固態(tài)電解質、兼容高能量的正負極以及輕量化的電池系統(tǒng)。
固態(tài)電解質的概念非常好了解，傳統(tǒng)鋰電池以液態(tài)電解質作為鋰離子遷移的介質，固態(tài)電池則是將液態(tài)的電解質替換為固態(tài)電解質材料?？梢哉J為，固態(tài)電解質是固態(tài)電池的核心，而固態(tài)電解質目前有分為聚合物、無機氧化物與無機硫化物三種類型。
對比傳統(tǒng)的液態(tài)電解質，固態(tài)電解質高溫狀態(tài)下性質穩(wěn)定，不易燃，且能夠有效防止大功率放電形成的鋰晶枝刺穿隔膜造成電極短路，可以說是液態(tài)電解質的理想替代品。
不僅如此，固態(tài)電池還擁有更高的電化學窗口，可以搭載高壓正負極材料而不用擔心電解質會因為高電壓產生氧化（液態(tài)電解質會有這樣的副作用）。
▲固態(tài)電池可采用先串聯(lián)后并聯(lián)的組裝方式
此外，由于固態(tài)電池電芯內部不含液體，可以實現(xiàn)先串聯(lián)后并聯(lián)組裝的方式，減輕了電池PACK的重量；固態(tài)電池性質穩(wěn)定的特點，也可以省去動力電池內部的溫控元件，進一步實現(xiàn)動力電池的減重。
有一點需要注意的是，固態(tài)電池其實并非最新的技術體系，深究其概念奠基的起點，甚至遠遠早于當前主流電池——鋰離子電池的形成。
固態(tài)電池概念奠基的起點可以追溯到19世紀上半葉，當時熱力學定律仍在摸索之中，沒有人知道晶體的周期性結構，距離點無序、熵增熵減等概念的形成還有近一個世紀的路要走，當時的主流科學界甚至不承認原子與離子的存在。
就是在這樣的電學理論與大環(huán)境均不成熟的時代，被冠以“天才”之名的邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)了液體與固體中離子的移動現(xiàn)象，并通過這一現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了電荷通過電解質的通道，以及電解過程中釋放的離子與電極交換電荷的能力。這一發(fā)現(xiàn)，為后來的電化學與固態(tài)離子學奠定了基礎。
他曾對固態(tài)電解質導電的現(xiàn)象進行記錄：“我曾發(fā)現(xiàn)硫化銀的離子電導率在加熱之后會迅速上升，在此之后，我又發(fā)現(xiàn)了一種具有相同屬性的物質：氟化鉛。當其冷卻時，這兩種物質并不能起到電流的傳導作用，不過一旦溫度上升，它們就會變成電的良導體，甚至可以在固態(tài)的條件下將其點燃?！?
這樣的記錄極大地啟發(fā)了后世對于固態(tài)電池的研究，在20世紀50年代后固態(tài)電池迎來研發(fā)熱潮的時候，曾有研究人員指出：“這是迄今為止，有記錄的最早的有關于固態(tài)電解質從弱導電態(tài)過渡到導電態(tài)的觀察結果。”
不過即便如此，固態(tài)電池的研發(fā)也沒有因為奠基時間早而一番風順，早期固態(tài)電解質的物理與化學性質決定了其低能量密度、低電壓以及高電阻的特性。即使是在20世紀90年代對材料進行改良之后，固態(tài)電池也依然只能打造成薄膜類電池，應用于精密傳感器等高端領域，難以真正實現(xiàn)普及。而固態(tài)電池的“后輩”們——鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池則開始在各個領域活躍。
直到2016年，日本科學家Yuki Kato與Ryoji Kanno發(fā)現(xiàn)了兩種具有高離子電導率與高穩(wěn)定性新型鋰基超離子導體材料，固態(tài)電池才重新成為學界與業(yè)界的研究焦點。
而后在2017年，“鋰電之父”古迪納夫所帶領的工程師團隊發(fā)明了玻璃電解質材料，研發(fā)出了全球首個全固態(tài)電解質鋰電池。填充玻璃電解質解決了固態(tài)電池電解質與電極界面高電阻、離子電導率低的問題，甚至擁有比液態(tài)電解質更好的離子電導率。
這一特性使其能夠實現(xiàn)比現(xiàn)階段鋰電池高三倍的能量密度，并擁有1200次的完整充放電循環(huán)。同時由于移除了有機液態(tài)電解液，該電池將不會有燃燒的風險，安全性與穩(wěn)定性更勝傳統(tǒng)鋰離子電池一籌，這些優(yōu)勢使得固態(tài)電池具備了成為下一代電動汽車動力電池的主流選擇。
不過需要指出的是，雖然現(xiàn)階段固態(tài)電池在技術指標上領先于三元鋰電池，但這一技術路線目前仍然面臨著整體成本高、技術有待驗證等問題，可以認為仍然處于產業(yè)早期的發(fā)展階段。
▲固態(tài)電池與三元鋰電池各項指標對比情況
從行業(yè)應用來看，目前真正進入落地階段且具有商業(yè)價值的，只有應用于精密傳感器領域的薄膜類固態(tài)電池。此前，曾有行業(yè)分析師認為，固態(tài)電池相對于大盤而言只是一個利基市場（相對小眾）。除非取得技術上的飛躍式進展，否則到2025年，整個電池市場規(guī)模達到2000億美元的時候，固態(tài)電池的市場規(guī)模僅有70億美元。
不過，眾多押寶固態(tài)電池的車企顯然是相信固態(tài)電池技術將會迎來飛躍式突破的。自2012年豐田正式宣布在固態(tài)電池領域取得研究成果之后，寶馬、本田、日產、現(xiàn)代、大眾等國際車企以及國內長城、比亞迪、天際汽車、蔚來汽車、愛馳汽車等車企紛紛宣布自身的固態(tài)電池布局。
在車企規(guī)劃的時間表中，2020年開始，固態(tài)電池將會初步投入使用。而到2025年，固態(tài)電池的能量密度將會攀升到一定程度，同時成本大幅下落，從高端產品向低端產品普及。從這一時間表來看，固態(tài)動力電池的風口將會很快到來。
二、豐田已暗中研發(fā)10年 現(xiàn)代寶馬福特全部入局
國際車企在固態(tài)電池上的研發(fā)起點相對較早，最早入局的豐田在2008年就與固態(tài)電池創(chuàng)企伊利卡（Ilika）展開了合作，并于2012年公布了研發(fā)成果。而在2016年新型固態(tài)電解質材料發(fā)現(xiàn)之后，寶馬、本田、日產、現(xiàn)代、大眾等車企巨頭紛紛宣布開始固態(tài)電池研發(fā)，并將落地時間定在了2020年-2030年之間。
1、豐田2008年開始研發(fā)固態(tài)電池 預計2020年初上車
在固態(tài)電池領域，豐田一直是這一路線的忠實支持者。
2008年，特斯拉首款“量產”車型Roadster剛剛下線，電動化浪潮還未席卷全球之時，豐田就開始了固態(tài)電池的研發(fā)。
2008年2月，豐田與南安普頓大學孵化出的初創(chuàng)公司伊利卡（Ilika）達成合作，共同進行固態(tài)電池材料的研發(fā)。雙方的愿景，是使用導電陶瓷材料來替代鋰離子電池中的易燃液態(tài)電解質。
六年之后，在2014年日本東京舉辦《汽車世界》期刊會議上，豐田汽車詳細介紹了其與伊利卡（Ilika）在固體電池合作上的進展。
當時，豐田汽車負責固態(tài)電池業(yè)務的高級執(zhí)行董事奧田平（Soichiro Okudaira）表示：“豐田已經研發(fā)出了能量密度400Wh/L（“Wh/L”是電池能量密度的另一種單位，由于材料密度不同，難以與“Wh/kg”直接換算）的固態(tài)電池，比同時期的鋰離子電池能量密度高出約1/3?！?
與此同時，豐田的工程師表示，固態(tài)電池的潛力遠不止于此。到2025年，豐田將會把固態(tài)電池的能量密度提升到600-700Wh/L，能夠為電動汽車提供約1000公里的續(xù)航里程。
隨后，豐田又在2017年與“老朋友”松下展開合作，共同研發(fā)下一代技術更加成熟的固態(tài)電池。據路透社報道，豐田預計在2020年初推出搭載固態(tài)電池的純電動汽車。
2、本田日產聯(lián)手“老大哥”豐田 組建日本固態(tài)電池“國家隊”
豐田那邊如火如荼地研發(fā)固態(tài)動力電池，本田日產也在2017年紛紛宣布自研動力電池。但在動力電池這樣高技術壁壘的行業(yè)，本田日產的起步已經較為落后，他們要如何逆轉這樣的局面呢？
2018年，本田、日產聯(lián)手豐田、松下、湯淺以及日本三大化工集團成立了”鋰電池技術與評估中心（Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center)”，簡稱”Libtec”，以聯(lián)盟的形式開展固態(tài)電池的研發(fā)。
彼時日本動力電池產業(yè)市場份額在全球范圍內呈下滑態(tài)勢，日本政府也極力促成Libtec的成立，并為這一聯(lián)盟投資了16億日元。就這樣，本田與日產也搭上了豐田的大船。
據了解，Libtec的目標是在短期內推出支持550公里綜合續(xù)航電動汽車的固態(tài)動力電池，而到2030年，將會推出支持800公里綜合續(xù)航電動汽車的固態(tài)電池。并且，由于固態(tài)電池支持大功率充放電，電動汽車的充電速度也將得到大幅提升。
3、現(xiàn)代、寶馬、福特投資固態(tài)電池初創(chuàng)公司Solid Power
與日本汽車產業(yè)抱團取暖的思路不同，寶馬、現(xiàn)代、福特三家車企看中了同一家固態(tài)電池初創(chuàng)公司——Solid Power。
三家車企分別在2017年、2018年、2019年宣布投資這家分離自科羅拉多大學博爾德分校的初創(chuàng)公司，不過他們并未透露向Solid Power投資的金額。其中，只有寶馬宣布會在2026年量產搭載固態(tài)電池的電動汽車。
據electrek報道，Solid Power在2018年完成了2000萬美元的A輪融資，并在固態(tài)電池鋰離子陽極技術上獲得了突破。該公司表示，目前其生產的樣品的能量密度要比普通的三元鋰電池能量密度高50%，并且支持目前行業(yè)通用的卷對卷生產工藝。
4、大眾投資斯坦福大學背景創(chuàng)企QuantumScape
大眾也在2018年6月宣布投資斯坦福大學的固態(tài)動力電池初創(chuàng)公司QuantumScape，投資金額為1億美元。交換條件是成為該公司的最大股東，并在董事會成員中占有席位，雙方合作開發(fā)適用于大眾車型的固態(tài)電池。
據了解，QuantumScape成立于2010年，總部位于加利福尼亞州圣何塞，擁有約200項固態(tài)電池技術專利和專利申請，深厚的專業(yè)知識正是大眾看中這家公司的原因。
大眾的官方新聞宣稱，QuantumScape的固態(tài)電池能夠使e-golf的綜合續(xù)航里程從300公里提升到750公里，并且大眾已經對QuantumScape的電池樣品進行了測試，推測測試對象為此前搭載了固態(tài)電池的PB18 e-tron純電動超跑。
雙方共同的目標是使得固態(tài)電池真正能夠應用于汽車工業(yè)領域，并預計在2025年建成一條為電動汽車生產固態(tài)電池的生產線。
5、雷諾日產三菱聯(lián)盟投資美國固態(tài)電池公司Ionic Materials
投資固態(tài)電池企業(yè)這件事當然也少不了對新興技術充滿熱情的雷諾日產三菱聯(lián)盟，這一聯(lián)盟成立的初衷就不光是為了互相提振三家車企的銷量，而是通過交叉持股的方式形成強合作關系來提升整個聯(lián)盟的競爭力。
2018年年初，雷諾日產三菱聯(lián)盟成立10億美元的產業(yè)基金“聯(lián)盟風投”（Alliance Ventures），投資的第一個項目就是美國電池公司Ionic Materials，據了解，這家公司的主要研發(fā)方向為開發(fā)可用于電動汽車的無鈷固態(tài)電池。
據了解，目前雷諾日產三菱聯(lián)盟與Ionic Materials的合作已經取得了一定的進展，今年年底，Ionic Materials的固態(tài)電池將會交予OEM進行驗證，預計在2025年投入量產。
除了豐田早早將固態(tài)電池作為自家電動汽車的動力電池方向之外，國際車企大多選擇了在2017年左右涌入固態(tài)電池產業(yè)，這與固態(tài)電池的電解質材料在2016年-2017年間取得突破性進展脫不了關系。
在產業(yè)布局方面，日系車企與日本的動力電池、化工企業(yè)形成了抱團之勢，試圖搶占固態(tài)電池的落地先機。歐美韓系車企則主要采取投資初創(chuàng)公司的方式，來增強自身在固態(tài)電池領域的技術儲備，不同的玩家形成了不同的打法。
三、北汽、比亞迪帶頭布局固態(tài)電池 蔚來、天際積極跟進
國際車企扎堆布局固態(tài)電池，但國內車企對于固態(tài)電池的布局卻顯得有些不急不緩。
根據公開資料整理，國內傳統(tǒng)車企僅有北汽集團與比亞迪兩家布局固態(tài)電池；新造車公司對固態(tài)電池接受度更高，蔚來汽車、天際汽車、愛馳汽車分別與臺灣輝能科技達成合作，共同研發(fā)動力電池；哪吒汽車也在此前宣布了與清陶能源的合作計劃，SERES也布局了固態(tài)電池領域。
1、傳統(tǒng)車企：北汽、比亞迪兩大新能源領頭羊對壘
在傳統(tǒng)車企的陣營中，北汽與比亞迪是目前在新能源汽車領域布局較為深入，并且銷量最大的兩家車企。提前將電動化的基因刻在品牌形象中，意味著這兩家車企在新能源汽車領域必須保有足夠的技術優(yōu)勢。因此，這兩家車企也是國內最先布局固態(tài)電池技術的傳統(tǒng)車企。
北汽集團旗下北汽產投于2019年8月完成了對國內固態(tài)電池創(chuàng)企清陶能源的投資，雙方將在固態(tài)鋰電池的產業(yè)化方面合作，但并未公布具體的量產落地時間。
據了解，清陶能源的創(chuàng)始人團隊來自于清華大學，自2002年開始研發(fā)固態(tài)電池。2018年11月，清陶能源的首條固態(tài)電池生產線投產，這也是國內首條投產的固態(tài)電池生產線，該公司的固態(tài)電池的單體能量密度能夠達到400Wh/kg。
北汽產投此次與中銀投資共同主導的C輪投資并未對外透露金額，但顯而易見的是，這是北汽集團部署固態(tài)電池的重要一步。
與北汽集團靠“買買買”來獲取技術基礎不同，比亞迪走的是自研動力電池的路線，這一前提是比亞迪在電池領域的深厚技術積累。
2016年，比亞迪就確定將固態(tài)電池作為下一代動力電池的發(fā)展路線，隨后，比亞迪申請了一種全固態(tài)鋰離子電池及其正極復合材料的發(fā)明專利。2018年，比亞迪再次確認將固態(tài)電池作為發(fā)展重點，并著手推動固態(tài)電池的產業(yè)化研發(fā)。
據了解，比亞迪將會在未來5-10年內推出固態(tài)動力電池產品，并將其應用在新能源汽車上。
2、新造車公司：蔚來、天際、愛馳、哪吒已入局
新造車公司也被固態(tài)電池技術吸引入局，目前，天際汽車、蔚來汽車與愛馳汽車已經先后與臺灣電池公司輝能科技達成合作。哪吒汽車則選擇了與北汽集團相同固態(tài)電池公司——清陶能源。
在今年4月的上海車展期間，天際汽車展出了搭載固態(tài)電池的天際ME7樣車，吸引了眾多好奇的目光。隨后不久，該公司便宣布了與輝能科技的合作事宜。據了解，該公司在2018年就量產了450Wh/L的固態(tài)電池。
不過需要指出的是，該公司所采用的方案是目前久違成熟的無機氧化物固態(tài)電解質方案，雖然技術路線較為成熟，但這一路線固態(tài)電池的性能潛力較為有限。
不過作為國內為數不多的能夠量產固態(tài)電池的企業(yè)，輝能科技也吸引了另外兩家新造車公司——蔚來汽車與愛馳汽車。這兩家公司分別在9月底與輝能科技達成了合作，輝能科技將以自主研發(fā)的高電壓鋰陶瓷電池為基礎，分別與蔚來汽車、愛馳汽車展開合作，開發(fā)輝能MAB固態(tài)電池包。
另一家新造車公司，哪吒汽車則是在2019年10月與清陶能源達成了合作，選擇相信國內新能源汽車領頭羊北汽的眼光。
綜合國內整車廠的固態(tài)電池研發(fā)情況與落地時間表，我們可以發(fā)現(xiàn)一個特點：
國內固態(tài)動力電池的研發(fā)落地被分為了三個階段：
第一階段，2016年-2020年，研發(fā)階段；
第二階段，2021年-2025年，初步投入應用；
第三階段，2025年-2030年，大規(guī)模量產落地。
屆時，大規(guī)模量產落地的全固態(tài)電池將能夠滿足《中國制造2025》中，對于2030年國內動力電池密度達到500Wh/kg的要求。
四、19家國內動力電池公司研發(fā) 固態(tài)電池還未到量產階段
雖然國內整車廠入局固態(tài)動力電池市場的玩家較少，不過在動力電池產業(yè)鏈內，固態(tài)電池已經成為了兵家必爭之地。據了解，目前國內包括寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)、萬向123、輝能科技、力神電池、億緯鋰能在內的19家動力電池公司已開始固態(tài)電池的研發(fā)。
國內市場的動力電池供應商們從過去動力電池的市場份額爭奪戰(zhàn)中，領悟到了誰先入局，誰就可能成長為獨角獸的定律。因此國內動力電池供應商對于固態(tài)電池技術的研發(fā)最為積極，據不完全統(tǒng)計，共有19家動力電池供應商開始布局固態(tài)動力電池技術研發(fā)，寧德時代、輝能科技、萬向123等公司的進展目前較快。
其中，寧德時代所選擇的路線是目前開發(fā)潛力最大、難度也最大的硫化物電解質路線。2016年10月，寧德時代新能源研究院柳娜博世詳細介紹了寧德時代在硫化物固態(tài)電池領域的研發(fā)路徑：
寧德時代主要以硫化物電解質為主要研發(fā)方向，采用正極包覆與熱壓的方式來解決界面電阻問題；同時對硫化物進行改性，增強其熱穩(wěn)定性。但基于理性分析，寧德時代表示，目前全固態(tài)電池距離商業(yè)化仍有一段較長的距離。
輝能科技與清陶能源所走的都是無機氧化物電解質路線，以此來生產非薄膜型固態(tài)電池，這類電池的離子電導率隨不如硫化物固態(tài)電池，但也遠好于聚合物固態(tài)電池。
輝能科技于2013年就實現(xiàn)了此類固態(tài)電池的量產，但主要的應用領域為消費電子領域，近兩年才轉向汽車動力電池。由于動力電池對于安全性、穩(wěn)定性以及能量密度的要求更高，因此輝能科技目前還處于與整車廠進行產品驗證的階段。
萬向123的打法與前兩者稍有不同，該公司主要采取外部投資與內部研發(fā)并舉的策略。在對外投資方面，該公司先后投資了固態(tài)電池公司Solid Power以及美國固態(tài)電池公司Ionic Materials。
萬向一二三通過將Ionic Materials研發(fā)的導電離子聚合物與自家的三元 /石墨鋰離子材料相結合發(fā)出了一款具有高能量密度，高安全性的全固態(tài)電池，該公司表示，這一類型的固態(tài)電池有望在2022年正式應用于電動汽車產品。
五、博世、戴森、NGK|NTK跨界進入固態(tài)電池產業(yè)
事實上，除了上述被提及的整車廠、動力電池供應商之外，還有零部件供應商以及其他領域的玩家跨界進入了固態(tài)動力電池領域。
其中最具代表性的就是博世、戴森以及日本火花塞制造商NGK三家公司。
2017年固態(tài)電池的研發(fā)熱潮興起之時，博世曾經收購固態(tài)電池初創(chuàng)公司Seeo，并曾表示將會在2020年之前推出總體能量密度超過260Wh/kg的固態(tài)電池包。
2017年12月，該公司還曾考慮投資200億歐元，在2030年之前建立起年產能200GWh的動力電池工廠，以此來與松下、LG、寧德時代等全球一線的動力電池供應商們競爭。
不過很快，在2018年2月，博世就宣布放棄動力電池以及固態(tài)電池的研發(fā)項目，并宣布解散博世旗下的動力電池合資公司“Lithium Energy and Power GmbH＆Co. KG（LEAP）”，并出售其固態(tài)電池子公司Seeo。
與此同時，博世在一份聲明中給出了他們放棄固態(tài)電池與動力電池技術開發(fā)的原因，主要的理由是投資風險過高，目前難以判斷是否能給博世集團帶來回報。
另一家傳統(tǒng)汽車產業(yè)零部件供應商NGK|NTK也宣布開始研發(fā)固態(tài)電池技術，該公司主營業(yè)務原本為發(fā)動機火花塞與氧傳感器，但其高級工程與研發(fā)總經理Takio認為：“（汽車）行業(yè)在某種程度上將不可避免地從內燃機轉向電池電動汽車，最終導致我們的火花塞和氧傳感器業(yè)務過時?！?
▲火花塞制造商NGK|NTK試生產的固態(tài)電池樣品
因此，NGK|NTK在2018年4月宣布將大力研發(fā)固態(tài)電池項目，該公司表示，他們過去在先進陶瓷工藝方面的專業(yè)技術將為該公司的固態(tài)電池研發(fā)提供技術基礎。
戴森入局固態(tài)電池的動機與博世和NGK不同，該公司并不想成為一家固態(tài)電池供應商，而是想要自己打造電動汽車。
2015年，戴森以9000萬美元的價格收購了美國固態(tài)電池初創(chuàng)公司Sakti3，并在第二年斥資14億美元建造了固態(tài)電池工廠。當固態(tài)電池的研發(fā)步入正軌之后，戴森在2017年正式宣布了進軍電動汽車產業(yè)，致力于打造高端電動汽車品牌。
在隨后的兩年里，電動汽車的浪潮席卷全球，但戴森并沒有如人們預料地推出電動汽車的樣品。時間來到了2019年10月10日（北京時間10月11日），當天凌晨，戴森正式宣布放棄電動汽車項目，并聲稱該公司已經研發(fā)出了電動汽車的原型車，但并沒有為找到該產品的目標用戶。
不過，根據戴森公開信中透露出的信息，戴森公司并沒有打算放棄已經投入海量資源的固態(tài)電池項目，并將繼續(xù)推動固態(tài)電池的量產與落地。
雖然跨界的玩家并不多，但從投入金額與部署力度來看，傳統(tǒng)汽車零部件供應商與其他領域的玩家也非常看好固態(tài)動力電池的前景。
六、產業(yè)尚處于早期發(fā)展階段 三條技術路線并行
盡管眾多整車廠、Tier1、動力電池供應商已經涌入固態(tài)電池領域，提前開啟了卡位賽模式。但從第一部分對比過的成本與技術成熟度的角度上來看，固態(tài)電池仍處于產業(yè)的早期發(fā)展階段，距離真正的量產落地還有相當長的一段時間。
目前確定搭載固態(tài)電池并開始量產的車型也僅有奧迪PB18 e-tron一款，第一批只生產50輛。據了解，這一車型的售價將會頗為昂貴。其中，恐怕有一大部分成本屬于車輛內部的固態(tài)電池。
據了解，奧迪的這款純電超跑將會配置800V的高壓電氣架構，在動力方面，奧迪PB18 e-tron將會搭載三電機動力系統(tǒng)，與Quattro全時四驅系統(tǒng)相配合，其輸出功率可達到500kW，如果通過增壓，這一功率可以在一段時間內沖到570kW。而其高達830N/m的組合扭矩使其0-100km/h的加速時間縮短到了2秒以內，這個數據已經達到了目前勒芒賽車的水平。據外媒報道，這款車型的WLTP續(xù)航里程將可能超過500公里。
顯然，奧迪在固態(tài)電池上的投資是值得的，固態(tài)電池將擁有遠超三元鋰電池的充放電功率、循環(huán)壽命以及輕量化的電池系統(tǒng)，這些條件將為PB18 e-tron這款電動超跑帶來一般電動汽車無法媲美的性能。
1、技術難點：固態(tài)電解質離子電導率低、高界面阻抗
那么，既然固態(tài)電池能夠為電動汽車提供如此優(yōu)秀的性能，為何沒有盡快投入實用呢？
正如文章第一部分所提到的，固態(tài)電解質材料雖然在安全性與部分電化學性能上優(yōu)于液態(tài)電解質，但由于其固體的形態(tài)，也存在著先天的缺陷。
眾所周知，化學反應所選擇的介質通常會選擇液體，這是因為離子在液態(tài)的物質中更容易移動，也更容易發(fā)生反應。
固態(tài)電解質的第一大技術難點就是鋰離子的遷移效率，這直接影響了固態(tài)電解質的離子電導率。據了解，目前絕大多數的固態(tài)電解質的離子電導率在10^-7—10^-2 S/cm之間，而目前三元鋰電池所使用的液態(tài)電解質的離子電導率為10^-2 S/cm，絕大多數固態(tài)電解質的離子電導率低于液態(tài)電解質，影響了固態(tài)電池的實用性能。
另一個問題出在固態(tài)電解質與電極的接觸上，液態(tài)電解質可以最大限度地與電極保持接觸，而固態(tài)電解質與電極之間很難做到完美貼合，如此一來，電極與電解質之間的界面阻抗就會上升，同樣影響固態(tài)電池的實用性能。
2、三大技術路線：聚合物、無機氧化物、無機硫化物
針對上述的技術難點，近十年內，學界與業(yè)界不斷涌現(xiàn)出新的解決方案。目前，已經有三條較為成熟的技術路線：聚合物電解質、無機氧化物電解質以及無機硫化物電解質。
a.聚合物電解質：
材料：聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等。
研究公司：寧德時代、Solid Power、Seeo、ionic materials、Bollore集團子公司BatScap。
使用這一電解質的固態(tài)電池率先實現(xiàn)小規(guī)模量產，技術已經較成熟，易于加工、電極界面阻抗可控。但其性能上限較低，高溫條件下才具備高離子電導率，室溫條件下離子電導率極低。這些條件限制了聚合物固態(tài)電池的能量密度上限，最終能量密度很難超過300Wh/kg。
法國博洛雷公司最先將這類固態(tài)電池商業(yè)化，2011年12月，該公司將搭載30kWh固態(tài)聚合物電池+雙電層電容器動力系統(tǒng)的電動車推向共享汽車市場，共計投入2900輛，設立900座服務站與近4500臺充電樁。服務用戶合計達到18萬人以上，其中近4成的約7萬人為活躍用戶，每天的利用次數約為1.8萬次。
但早期的技術限制使得該項目并不具備大規(guī)模商業(yè)化的價值，該電池能量密度僅為110Wh/kg，并需要配備200W的加熱元件為其加溫。停車時，該加熱器也需要處于工作狀態(tài)，停車時必須連接充電器，電池功率密度低，使得需要為緊急起步、緊急加速等大功率放點場景配備雙電層電容器。如此一來，這類聚合物固態(tài)電池的實用價值就大打折扣了。
b.無機氧化物電解質：
材料：薄膜型（LiPON）、非薄膜型（LLZO）。
研究公司：Sakti3、Quantum Scape、muRata、TDK、NGK|NTK。
無機氧化物電解質對比上述聚合物電解質，在室溫下?lián)碛懈叩碾x子電導率，但界面阻抗也更高。但好在界面阻抗可以采用緩沖層填充等方法來進行規(guī)避，因此這類固態(tài)電池已經具備實用價值，并且已有產品投入市場。
應用無機氧化物電解質的固態(tài)電池又可以分為薄膜型固態(tài)電池與非薄膜型固態(tài)電池。
薄膜型固態(tài)電池的優(yōu)點是性能優(yōu)異，能在50C的工作環(huán)境下，循環(huán)45000次后，仍然保持95%的電池容量。但缺點是擴容困難，單體薄膜型固態(tài)電池的容量很小，不到mAh級別，對于動力電池所需的Ah級別，需要串聯(lián)大量薄膜電池來實現(xiàn)，這一過程會使得固態(tài)電池的生產工藝難度增加，造價直線飆升。
對比之下，非薄膜型固態(tài)電池的實用性能要高得多，其離子電導率略低于薄膜型產品，但遠高于聚合物體系，且可以生產成容量型電池而非薄膜型態(tài)，減少了生產成本，是當下中國動力電池企業(yè)關注的焦點，上文中提到的輝能科技與清陶能源都選擇了這條路線。
c.無機硫化物電解質：
材料：Thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS。
研究公司：豐田、松下、寧德時代、三星SDI。
這條路線是目前三條主流路線中開發(fā)難度最大、性能潛力也最大的一條路線。
開發(fā)難度大主要是由于該電解質材料還處于研發(fā)的早期階段，電池產品對環(huán)境十分敏感，也存在安全問題。其內部的硫化物電解質對空氣敏感，容易氧化，遇水易產生 H2S 等有害氣體，生產過程需隔絕水分和氧氣。
而性能潛力大則是因為硫化物電解質離子電導率能與液態(tài)電解質媲美；電化學窗口達到5V以上，可滿足快充快放的需求；并且應用前景廣泛，能夠用于電動汽車、消費電子等領域。
因此，匯聚在這一條路線上的幾乎都是動力電池產業(yè)最頂尖的玩家。據了解，豐田已經研發(fā)出了Ah級別的動力電池，并制成了較大的電池組樣品，寧德時代也已對硫化物固態(tài)電池進行了前瞻布局，并設計好了工藝路線。
三條路線綜合來看，聚合物電解質、無機氧化物電解質、無機硫化物電解質的性能各有優(yōu)劣，且因為技術的成熟程度不同，未來落地的時間表也有所不同。
不過從車企與動力電池公司規(guī)劃的時間表來看，固態(tài)電池的落地節(jié)奏依然有跡可循。據了解，這一技術最早將會在明年小范圍地量產上車，早期將會集中配置在高端車型上。真正大規(guī)模實現(xiàn)量產落地，在消費級市場普及將會在2025年之后。因此，目前固態(tài)動力電池產業(yè)仍然只是車企與動力電池供應商的卡位賽，距離落地還有一段距離。
結語：固態(tài)動力電池風口即將到來
固態(tài)電池因其高能量密度、安全性、穩(wěn)定性，被學界與業(yè)界同時認定為是下一代動力電池的主流路線，豐田、寶馬、本田、日產、現(xiàn)代、大眾等國際車企與北汽、比亞迪等自主品牌紛紛擠進固態(tài)電池產業(yè)，提前開始了卡位賽。
雖然固態(tài)電池的落地在整車廠、動力電池供應商的時間表中大多還有3-6年的時間，但車企、供應商的入局為這一產業(yè)帶來了資金基礎，固態(tài)電池技術的成熟速度有望被加快。
尤其是三條清晰的技術路線為當下產業(yè)內的公司提供了明確的研發(fā)路徑的選擇，當三元鋰電池再難滿足電動汽車的需求時，外部環(huán)境將會促使固態(tài)電池產業(yè)從發(fā)展期迅速過度到成熟期。
綜合入局玩家數量、資金基礎以及電動汽車產業(yè)的需求三點來看，固態(tài)動力電池產業(yè)的風口或許很快就會到來。
