文|智駕時代 王碩奇
每當固態(tài)電池距離宣稱的量產(chǎn)日子越來越近，就很出現(xiàn)更多的質疑，無論是技術、成本、產(chǎn)業(yè)似乎都還沒有做好固態(tài)電池商用化的準備，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鍵節(jié)點。
固態(tài)電池正在成為動力電池領域的圣杯，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)電池熱度不減？
所謂固態(tài)電池，是指采用固態(tài)電解質的動力電池。
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)電解質取代了隔膜和電解質（占電池中近40%的體積和25%的質量），意味著正負極之間僅剩固態(tài)電解質，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)電解質的離子導電率較低，充電比較慢；制造工藝復雜，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》。
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)電池技術突破視為不僅僅影響電動汽車產(chǎn)業(yè)的關鍵技術，甚至直接影響國運。
根本原因在于日本認為在鋰電池領域被日韓反超，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域保持領先。
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。它的技術突破源于從索尼收購的鋰離子電池技術加上通過主力的積層陶瓷電容器（MLCC）積累的積層技術等，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固態(tài)電池生產(chǎn)基礎設施。三井金屬、石油公司出光興產(chǎn)和住友化學等工業(yè)公司都在加緊制造固體電解質。
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)級標準的測試及整車的集成，2025年前推出應用固態(tài)電池的原型車，2030年前將技術應用于量產(chǎn)車。
今天五月，Solid Power推出了全固態(tài)平臺（All-Solid-State Platform）技術，并公布了三種獨特的電池設計。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)標準的和商業(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構。通過結合鋰金屬陽極，轉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。
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)電池領域被世界所關注，即是今年1月9號，蔚來李斌在NIO Day上高調發(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轎車續(xù)航將超過1000km。
這一消息先是在中國動力電池領域引發(fā)爭論，有哪家供應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復合負極此電池體系結構與現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池一致，并未有突破性的設計。
同時由于氧化物、硫化物等無機固態(tài)電解質的密度普遍高于現(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《儲能科學與技術》期刊所發(fā)表文章中將這種技術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。
從寬泛的學術角度來看，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。
但從嚴謹?shù)膶W術角度來看，有液體電解質就不能成為固態(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 有相當高的風險。
此外，在生產(chǎn)線規(guī)劃和投資方面依然有較大的變化風險。
不過雖然量產(chǎn)有難度，何時技術突破有爭議，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)動力電池技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化被列為“新能源汽車核心技術攻關工程”，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。
當前對于大規(guī)模應用固態(tài)鋰電的預期，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，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很困難，稍有不慎就會斷裂。
同時以現(xiàn)有的工藝水平和設備能力，成品的良率也無法保障。
當前固態(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，并一直暗示最應擔心的是當前鋰離子電池的鎳供應。
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，目前正在他們的設施中進行各種測試，以驗證其結構完整性。此外，他們還向供應商提供了 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。
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才是打開電池效能天花板的關鍵。
行文至此，不由想起固態(tài)電池的研發(fā)歷史，固態(tài)技術的起源可以追溯到 1834 年，與比特斯拉更早的偉大科學家法拉第（Farraday）發(fā)現(xiàn)了固態(tài)離子。
而至上世紀 1950 年代，材料科學發(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，關于固態(tài)電池的競爭已被賦予了太多非技術本身的因素，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，我們不必擔心在這一領域被德日超過。
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