豐田正在激進(jìn)地“押寶”全固態(tài)電池。

固態(tài)電池的到來，大概率將會埋葬掉燃油車產(chǎn)業(yè)。

（來源：微信公眾號“建約車評” ID：jianyuecheping 作者：陸三金）

10月22日，東京車展開幕前夕，作為東道主之一的豐田表示，將在2020年東京奧運會期間推出一款搭載固態(tài)電池的電動汽車，以此展示其電池技術(shù)。豐田汽車CTO寺師茂樹表示，2025年左右可以大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池汽車。

一直堅持混動和氫燃料路線的豐田計劃在2020年以后全面引進(jìn)EV（電動汽車），但是一上來就放個大招，著實技驚四座。要知道，除了2011年法國博洛雷（Bolloré）并不算成功的聚合物固態(tài)電池裝車，還沒有企業(yè)真正實現(xiàn)固態(tài)電池裝車。更何況，豐田的路線是更為激進(jìn)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。

豐田之前一直認(rèn)為目前的液態(tài)鋰離子電池形態(tài)只是過渡，導(dǎo)致豐田在鋰離子電池布局上稍顯被動。而新能源汽車的爆發(fā)促使著豐田加速轉(zhuǎn)型，和往年東京車展豐田多技術(shù)線路雨露均沾相比，這一次豐田更專一，純電動和固態(tài)電池占了主要的篇幅。眼下燃眉之急的電池供應(yīng)，豐田采用的是與比亞迪、松下等電池廠商合資建廠的方式解決。而固態(tài)電池技術(shù)則是豐田面向未來的大殺器，是豐田扭轉(zhuǎn)電動化戰(zhàn)局的關(guān)鍵所在。

從對鋰離子電池的忽視，到慌亂中借雞生蛋的補(bǔ)課，再到現(xiàn)在的下一代技術(shù)先發(fā)制人。電池作為其中最關(guān)鍵的因素，要想知道它往哪兒去，首先要解釋下它從哪里來。

簡單介紹下鋰離子電池的工作原理。

現(xiàn)行的鋰離子電池，主要有四大件：正極、負(fù)極、隔膜、電解液，這四大件再配合其他的輔材及結(jié)構(gòu)，組成了一個封閉的化學(xué)反應(yīng)容器。鋰離子通過電解液游走在正極、負(fù)極之間，達(dá)到存儲能量（充電）和釋放能量（放電、用電）的目的。和電容器之類的裝置直接存儲電子不同，鋰離子電池是通過化學(xué)反應(yīng)來存儲和釋放能量。

充電時，電池正極上鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極并嵌入。當(dāng)我們使用電池時（即放電時），嵌在負(fù)極的鋰離子脫出，運動回正極。隨著充放電，鋰離子在正負(fù)極兩端來回奔跑，因此鋰離子電池被形象地比喻為搖椅式電池。

舉個形象一點的例子，鋰離子就像搬磚的民工，不是在搬磚，就是在搬磚的路上。作為工頭，假定每個民工一次搬磚的量都是一樣的（每個鋰離子額定帶電量是一致的），你總希望民工多一點，這樣一次搬的磚多一點（電池容量大一點）；搬磚速度更快一點（充電更快，放電功率更大）；民工離職率低一點（循環(huán)壽命高一點）。

但是，鋰離子電池的體系，遠(yuǎn)比這個搬磚系統(tǒng)要復(fù)雜的多。你需要在這個化學(xué)體系里，找到一個穩(wěn)定的區(qū)間，讓鋰離子踏踏實實的工作，保證系統(tǒng)的安全。然后，還需要壓榨系統(tǒng)的極限，讓不直接參與反應(yīng)的輔助材料越少（越薄）越好。

在現(xiàn)在的液態(tài)鋰離子電池體系下，這是一個平衡的藝術(shù)，需要在成本、容量、性能、密度、安全、規(guī)模生產(chǎn)效率之間找到平衡點，所有方面都達(dá)到最優(yōu)是不存在的。而這里面最大的沖突就是性能與安全的平衡，現(xiàn)有體系的鋰電池為了提高能量密度，耗費大量的精力在材料選型、電解液調(diào)整、結(jié)構(gòu)設(shè)計上，并且這個平衡術(shù)可能部分犧牲了電池的穩(wěn)定性和壽命。

現(xiàn)在的鋰離子電池最為人所詬病的基本上也是這兩點：安全和能量密度（續(xù)航焦慮）。

一

鋰離子電池的痛點，看起來全固態(tài)電池都可完美地解決。

主流的鋰離子電池路線，采用含鋰的化合物作正極、以石墨材料為負(fù)極，正負(fù)極被隔膜分開，并灌入有機(jī)電解液的結(jié)構(gòu)。

大部分的起火事故發(fā)生原因是鋰電池的熱失控，而大多數(shù)的熱失控是由短路引發(fā)的。正負(fù)極是熱失控的“導(dǎo)火索”。液態(tài)電解質(zhì)是有機(jī)的，這些碳酸酯類易揮發(fā)的小分子有機(jī)溶劑很容易發(fā)生燃燒，因此成了“燃料庫”，它只需要一粒“火花”就會出現(xiàn)熱失控。

隨著鋰離子電池一路升級到NCM622、NCM811，正極三元材料鎳含量不斷提高，釋氧溫度不斷下降，正極材料的熱穩(wěn)定性越來越差。隨著每一次漸進(jìn)式的電池性能優(yōu)化，還需要對正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等做大量改進(jìn)來從電芯層面來抑制熱失控。

但是如果這個液態(tài)電解質(zhì)這個燃料庫不在了呢，如果從稻草堆變成了水泥，還能燒得著嗎？

全固態(tài)電池把電解液換成了固態(tài)電解質(zhì)，拿掉了“罪魁禍?zhǔn)住保m然這不是個新的概念，但是在現(xiàn)在這樣一個“恐電”相當(dāng)有市場的時代，僅僅這一理念就可以換來擁躉無數(shù)。

液態(tài)電解質(zhì)在承載超過4-5伏的時候，電解液就會氧化分解，電池不穩(wěn)定并有安全風(fēng)險，而固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達(dá)5伏以上。這至少意味著兩件事：1、可以做大電芯；2、可以改變現(xiàn)有的正負(fù)極材料體系。

現(xiàn)在新能源車電池組將很多電芯通過外部串并聯(lián)，做成電池組，然后再做電池包。拿輝能的產(chǎn)品舉個例子，輝能固態(tài)電池的“雙極”（BiPolar）技術(shù)，在電芯內(nèi)部直接做串并聯(lián)，單顆電芯的額定電壓可從7.4伏（2串）到60伏（15串），如此可以省掉外部串聯(lián)空間。

不看過程，直接從結(jié)果上來看，輝能在今年CES上展示了單顆85.2伏高電壓與20kwh大容量的電芯，想一想特斯拉幾千個電芯組成的電池包。如果固態(tài)電池的幾個大電芯就有機(jī)會搞定，這意味著什么？大量不參與反應(yīng)的冗余材料被去掉，對于現(xiàn)在60%左右的成組效率，就意味著40%的提升空間。

現(xiàn)有的三元鋰電池體系，高鎳正極和硅碳負(fù)極已經(jīng)是能量密度的最高點了。要想進(jìn)一步提高電池的比能量，就必須打破現(xiàn)在的嵌入反應(yīng)機(jī)理的束縛，跟其它常規(guī)化學(xué)電源一樣采用異相氧化還原機(jī)理，采用金屬鋰做負(fù)極。

目前普遍使用的石墨負(fù)極材料的理論比容量僅為372mAh/g，而金屬鋰具有極高的理論比容量（3860mAh/g）和低電極電勢。鋰金屬做負(fù)極，由于其本身就是鋰源，正極材料選擇面寬，高電勢材料可以運用，相對于現(xiàn)在可以實現(xiàn)更高比能的化學(xué)體系。而固態(tài)電解質(zhì)可以支撐5V以上的電化學(xué)窗口，這為電化學(xué)體系的轉(zhuǎn)變提供了有力的支撐。

中科院上海硅酸鹽研究所能源材料主任、研究員溫兆銀在近期的一次演講中表示，全固態(tài)鋰離子電池可以用鋰金屬做負(fù)極，能量密度能達(dá)到液態(tài)鋰電池的2倍，其他高比能體系的電池可以實現(xiàn)的能量密度更高。

金屬鋰曾經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用作為負(fù)極，但是隨著Moli Energy的慘淡收場，基本已經(jīng)退出產(chǎn)業(yè)化競爭，詳見鋰想的興起、破滅與復(fù)興——從鋰電池到鋰離子電池。

2016年，已經(jīng)扎根固態(tài)電解質(zhì)研究30年的東京工業(yè)大學(xué)教授Ryoji Kanno在Nature上發(fā)表的一篇文章稱，開發(fā)了一系列高性能固態(tài)電解質(zhì)，其中新型的硫基超快鋰離子導(dǎo)體在室溫下的鋰離子電導(dǎo)率甚至優(yōu)于液態(tài)電解質(zhì)，可以在7分鐘內(nèi)充滿電，輸出特性竟然也優(yōu)于能夠快速充電/放電的電容器。

他發(fā)現(xiàn)的材料在室溫下具有25mScm- 1的離子電導(dǎo)率，而當(dāng)前的鋰離子電池的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)為10 mScm- 1。這表明固體材料竟然可以比液態(tài)電解質(zhì)更快地傳輸鋰離子，什么概念？這表明固態(tài)電解質(zhì)最大的問題已經(jīng)不再是問題了！

這一波操作直接點燃了業(yè)界研發(fā)固態(tài)電池的熱情，各種論文滿天飛，學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界紛紛加碼布局。一時間，阻燃、耐高壓的固態(tài)電解質(zhì)研究成為明日之星，仿佛即將打破比能量和安全性之間的互搏。

二

通往固態(tài)電池之路，困難重重。

今年諾貝爾化學(xué)獎得主并且已經(jīng)“紅出圈”的Goodenough老爺子，曾經(jīng)表達(dá)過對鋰電池能量密度每年約增加7-8%效率的不屑。“你需要的是一小步跨越，而不是一個增量。”他所認(rèn)為的跨越就是固態(tài)電池技術(shù)。

2018年底，國際頂級期刊（Advanced Materials）出版了Goodenough作為通訊作者的關(guān)于高壓電解質(zhì)的論文。這篇文章的另外一個通訊作者是北京化工大學(xué)陳建鋒教授，周偉東是第一作者。

這篇文章的思路比較新穎。該文章稱，單個聚合物作為電解質(zhì)是很難做到低阻抗、高離子遷移率和較大的帶隙，使得電池在長期循環(huán)中極易失活。他們創(chuàng)新性的采用兩種不同的聚合物作為雙層電解質(zhì)，其中聚環(huán)氧乙烷（PEO）電解質(zhì)與鋰負(fù)極接觸使其無枝晶沉積，聚N-甲基丙酰胺（PMA）電解質(zhì)與正極接觸使得電池可以在高溫高電壓下穩(wěn)定運行。

聽起來是不是很完美，一層解決安全問題，一層解決性能問題。

斯坦福教授崔屹，這一橫跨納米材料、新能源等領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，近年來也是固態(tài)電池的推動者。2019年5月他在Nature Nano.上發(fā)表文章，其課題組設(shè)計了一種全新的不足10μm的超薄、柔性、聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)，可以確保全固態(tài)鋰離子電池的安全性能。

不管是固態(tài)還是液態(tài)，電解質(zhì)的核心要求就是穩(wěn)定、安全、性能：

1、電導(dǎo)率高，一般3×10-3～2×10-2S·cm-1；

2、熱穩(wěn)定性好，在較寬的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生分解反應(yīng)；

3、化學(xué)穩(wěn)定性高，不與正極、負(fù)極、集流體、隔膜、粘結(jié)劑等發(fā)生反應(yīng)；

4、電化學(xué)窗口寬，在0～4.5V范圍內(nèi)應(yīng)是穩(wěn)定的，越寬越好。

固態(tài)電池根據(jù)成分不同，主要有聚合物、無機(jī)氧化物和硫化物三個重要分支。

聚合物電解質(zhì)具有良好的柔性、易加工，但不能徹底消除發(fā)生火災(zāi)的可能性，并且室溫離子電導(dǎo)率低，比容量也較低；無機(jī)氧化物電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，但存在剛性界面接觸的問題以及嚴(yán)重的副反應(yīng)，加工困難；硫化物電解質(zhì)電導(dǎo)率最高，但化學(xué)穩(wěn)定性差，可加工性不良。

建約車評根據(jù)《固態(tài)電池研究進(jìn)展，作者：丁飛》制表

現(xiàn)在，電導(dǎo)率對于固態(tài)電池已經(jīng)不再是問題，但是與液態(tài)電解質(zhì)不同，界面問題是固態(tài)電解質(zhì)最大的困擾。

簡單的理解，就是固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間的貼合沒有液態(tài)那么充分，鋰離子在其中穿越就沒有那么順暢。

在液態(tài)鋰離子電池中，液體電解質(zhì)充滿了整個電池，電解液和電極之間的接觸覆蓋較好。在變成全固態(tài)設(shè)計以后，出現(xiàn)了固體和固體的界面，接觸較差。更要命的是，電極上的活性物質(zhì)體積會隨著循環(huán)出現(xiàn)4%的體積收縮或者膨脹，液態(tài)電解質(zhì)還能較好的隨著體積變化貼合，但是固態(tài)電解質(zhì)的固固界面處會產(chǎn)生較大應(yīng)力，導(dǎo)致界面的物理接觸性進(jìn)一步變差。

除了固態(tài)電解質(zhì)材料本身的突破，為了降低界面電阻，通常也在活性材料和電解質(zhì)之間添加緩沖層，原則上，可以對電極或電解質(zhì)進(jìn)行涂層，減少副反應(yīng)的發(fā)生，穩(wěn)定電極/電解質(zhì)界面。但是尋找新型的正極涂層在實驗上費時費力且效率很低。

關(guān)于尋找材料，前文提到的日本教授Ryoji Kanno在16年接受采訪時有個形象的比喻：在捕魚的過程中，如果您知道魚在哪里，就可以在某種程度上捕獲它，但是你并不知道魚在哪兒。

即使固態(tài)電解質(zhì)出現(xiàn)突破，如果不能使用鋰金屬做負(fù)極，那固態(tài)電池的意義就不是很大。由于鋰非常活躍，任何電解質(zhì)在鋰表面都很容易被還原，需要通過鈍化SEI來解決，這又是個很復(fù)雜的議題。

即使材料方面的問題全面攻克，新的材料還可能會帶來新的問題。

清華大學(xué)電池安全實驗室主任馮旭寧在接受第一電動采訪時表示：固態(tài)電解質(zhì)的涂層可能含硫、氮，這些物質(zhì)在高溫情況下會釋放出例如氮氧化物、二氧化硫以及硫化氫等一些高爆性氣體，它的安全問題就轉(zhuǎn)化成了新的問題。

另外，硫化物在全固態(tài)電池中的應(yīng)用還存在很多挑戰(zhàn)：

1、硫化物本身電化學(xué)穩(wěn)定性較差

2、硫化物對正負(fù)極的界面不穩(wěn)定

3、硫化物對水不穩(wěn)定，難于在空氣中處理，需要在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行處理，導(dǎo)致大規(guī)模工業(yè)化難度很大。

4、電極和電解質(zhì)的制作不同于傳統(tǒng)鋰離子電池的制造過程，可用的粘結(jié)劑和溶劑選擇范圍較小，降低厚度也是很大的挑戰(zhàn)。

采用陶瓷材料的氧化物類雖然安全性更高，但是氧化物類全固態(tài)電池用于汽車性能并不足夠。

從技術(shù)突破，到規(guī)模化量產(chǎn)，能不能走出實驗室，還要考慮到成本和效率的問題。

相比之下，普通鋰離子電池反應(yīng)簡單粗暴，容易工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化工序放大生產(chǎn)，可以一致性和穩(wěn)定性規(guī)模化供貨，這也是鋰離子電池現(xiàn)在可以規(guī)模化應(yīng)用的重要原因之一。

而高比能固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化需要先實現(xiàn)鋰金屬負(fù)極對應(yīng)的正極材料產(chǎn)業(yè)化；負(fù)極材料硅碳、金屬鋰產(chǎn)業(yè)化；固態(tài)電解質(zhì)聚合物、硫化物、氧化物的成熟。當(dāng)然這中間，有個漸進(jìn)演變的過程，路線轉(zhuǎn)變不是一蹴而就的。

關(guān)于實驗室研究和產(chǎn)業(yè)化的差異，中科院院士、清華大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院院長南策文有個經(jīng)典的論述：“做研究追求1%的可能性、可行性，可以通過不斷試錯創(chuàng)新，發(fā)現(xiàn)新的材料，只要存在可能性，哪怕1%也可以；產(chǎn)業(yè)界追求的是99%甚至100%的可靠性和一致性，一點都不能差，而且各個方面都要考慮周到，所以要把1%變成99%甚至100%，中間還需要一個轉(zhuǎn)化的橋梁和過程，需要慢慢從實驗室、中試逐漸完善，然后放大成熟，實現(xiàn)完全可控。”

三

誰試圖引領(lǐng)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化呢？

日韓公司

轟轟烈烈的造固態(tài)電池運動中，豐田是其中最矚目的那一個。

2008年，豐田就已經(jīng)開始研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。2008年2月，豐田與南安普頓大學(xué)孵化出的初創(chuàng)公司伊利卡（Ilika）達(dá)成合作，雙方合作研發(fā)固態(tài)電池材料。

2017年6月，豐田向美國提交的一份編號為20170179545的固態(tài)電池專利申請被公開，該電池的電解質(zhì)是硫化固態(tài)電解質(zhì)。

2017年10月，豐田宣布投入200余人加速研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。12月，豐田聯(lián)合松下對外宣布，雙方將聯(lián)合開發(fā)全固態(tài)電池。

2019年1月，宣布在2020年前與松下設(shè)立開發(fā)、生產(chǎn)電動汽車等車載電池的新公司，致力于開發(fā)、量產(chǎn)固態(tài)電池。

2019年5月，豐田展出其正處于試制階段的全固態(tài)電池樣品。

而之后的2020年和2025年，分別是其裝車和規(guī)模量產(chǎn)的時間節(jié)點。

從1991年索尼開始商業(yè)化應(yīng)用鋰離子電池，日本人雖然一直掌握著最先進(jìn)的技術(shù)，但是在大規(guī)模生產(chǎn)方面，僅有松下獨木支撐，而中國、韓國企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模遠(yuǎn)超過日本企業(yè)。

日本也數(shù)次提出過要在固態(tài)電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。2018年6月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）啟動了開發(fā)全固態(tài)電池的項目，本田及日產(chǎn)與松下、豐田等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，將共同合作研究。計劃到2022年，掌握全固態(tài)電池核心技術(shù)，到2030年前后將每千瓦時電池組成本降至鋰電池的三分之一左右，將快速充電時間也縮短至三分之一。

日本村田，這家在2017年買下了索尼鋰電池部門的公司，計劃在2019年度內(nèi)展開全固態(tài)電池量產(chǎn)，電解質(zhì)為氧化物陶瓷材料。但該電池并不適合需要高輸出功率和快充的電動車產(chǎn)品，且目前生產(chǎn)成本較高。村田希望能通過盡快啟動量產(chǎn)來降低成本，把用途擴(kuò)大至可穿戴終端之外。

2018年，韓國三大電池公司三星SDI、SK創(chuàng)新、LG化學(xué)，聯(lián)合成立一個規(guī)模1000億韓元的基金，用于研發(fā)固態(tài)電池、鋰金屬電池和鋰硫電池和關(guān)鍵材料。

值得一提的是，2017年，受困于電池爆炸門的三星，決意兩年內(nèi)做出固態(tài)電池。但是兩年時間已到，目前仍然沒有等來三星固態(tài)電池量產(chǎn)的消息。

歐洲公司

早在2011年，法國的博洛雷（Bolloré）就將聚合物全固態(tài)電池應(yīng)用到電動汽車Bluecar和電動巴士Bluebus上，是國際上第一個采用固態(tài)鋰電池的電動汽車案例。但該聚合物固態(tài)電池需要在80度下工作，比能量（100Wh/kg）也不夠高，并沒有顯示出相較于液態(tài)電解質(zhì)電池的優(yōu)勢。

目前已經(jīng)退出造車的戴森，并沒有放棄固態(tài)電池。2015年10月，戴森出資9000萬英鎊全資收購了固態(tài)電池制造商Sakti3，并承諾將投入12.9億英鎊用于相關(guān)的電池研發(fā)工作。Sakti 在梵語中是“電力”的意思，3是鋰的原子序數(shù)。戴森的創(chuàng)始人詹姆斯·戴森老爺子在評價這次收購時說：“我偶然遇到了這家小小的密歇根公司。” 詹姆斯·戴森認(rèn)為，固態(tài)電池用陶瓷材料代替液體電解質(zhì)，并使用純鋰金屬負(fù)極，說成是電動汽車的“圣杯”也不為過。

2016年，戴森宣布投資14億美元建設(shè)固態(tài)電池工廠。2018年，戴森科技有限公司（Dyson Technology Limited）在英國申請一項專利，專利號No2548361，標(biāo)題為“一種能源存儲設(shè)備的構(gòu)建方法”。戴森公司稱：“有了這項發(fā)明，我們可以用簡單、快速、低成本方法制造固態(tài)電芯。”

2018年8月，《GQ》放出了一篇對戴森的采訪。老爺子在回答固態(tài)電池的主要應(yīng)用時，第一反應(yīng)竟然是電動飛機(jī)。他認(rèn)為固態(tài)電池的安全性應(yīng)用在飛機(jī)上，將是個全新、有趣的策略。這次采訪從事后看，仿佛是一個伏筆。

今年10月份，戴森突然宣布放棄造車。在寫給員工的信中，老爺子表示，盡管研發(fā)團(tuán)隊很棒，但他們認(rèn)為該項目不具備商業(yè)可行性。戴森正式取消電動車項目，把研發(fā)資源投入到固態(tài)電池、感應(yīng)技術(shù)、視覺系統(tǒng)、機(jī)器人、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能方面。放棄造車，但沒有放棄固態(tài)電池，結(jié)合《GQ》采訪來看，非常值得玩味。

對動力電池如饑似渴甚至快患上動力電池焦慮癥的大眾，從很多年前開始關(guān)注美國固態(tài)電池技術(shù)公司Quantum Scape。2014年12月大眾已持有其5%的股權(quán)。2018年9月14日，大眾汽車宣布向Quantum Scape投資1億美元事宜獲得美國外國投資委員會（CFIUS）批準(zhǔn)。投資完成后，大眾將增加其在Quantum Scape的股份，成為其最大股東，還將加入Quantum Scape董事會，同時派遣技術(shù)人員參與Quantum Scape的研發(fā)工作。

大眾認(rèn)為，如果采用固態(tài)電池，旗下電動車型大眾e-Golf的續(xù)航里程可以從300公里提高到約750公里，這個對于當(dāng)下的A級車來說，實在是太震撼了。

10月份，雷諾汽車高級副總裁吉爾斯·諾曼德（Gilles Normand）表示，到2025年，雷諾旗下電動汽車可能會使用鈷含量為零的固態(tài)電池。在此之前的2018年，雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟與三星、戴森向電池公司Ionic Materials投資6500萬美元，以開發(fā)電池新技術(shù)。據(jù)Ionic Materials官網(wǎng)消息，該公司將在美國密歇根州Romulus電池工廠制作固態(tài)電池，并擬于今年年底前進(jìn)行OEM測試。

美國公司

2019年4月，由福特、三星等聯(lián)合完成了對美國固態(tài)電池初創(chuàng)公司Solid Power的B輪融資。同時，福特與Solid Power達(dá)成合作，雙方著手研發(fā)下一代電動車用全固態(tài)電池。寶馬、現(xiàn)代也分別于2017、2018年向Solid Power投資。

也許你已經(jīng)注意到，汽車主機(jī)廠們投資的對象往往是美國的初創(chuàng)公司。確實，在鋰電池產(chǎn)業(yè)乏善可陳的美國，固態(tài)電池研發(fā)主要以startup為主。其中，Sakit3、SEEO、Quantum Scape、Solid Power比較有代表性。

固態(tài)電池企業(yè)路線分布

麻省理工教授蔣業(yè)明（Yet-Ming Chiang）在2010年成立了半固態(tài)鋰電池研發(fā)企業(yè)24M。該公司在2018年底對外宣布，獲得D輪融資2180萬美元，資本方來自京瓷集團(tuán)和伊藤忠商事。計劃是2019年開始建立一個小型產(chǎn)業(yè)化工廠，并在2020年交付首批產(chǎn)品。

蔣業(yè)明的另一大作品是磷酸鐵鋰電池企業(yè)A123，這家2001年成立的企業(yè)，蔣業(yè)明是其三位創(chuàng)辦人之一。

蘋果從2012年以來開始積極布局全固態(tài)電池技術(shù)的專利，期望將其應(yīng)用在iPad、MacBook上。今年初，蘋果找到了前三星SDI研發(fā)高級副總裁Soonho Ahn，擔(dān)任電池研發(fā)主管。消費級固態(tài)電池相對于車規(guī)級固態(tài)電池更容易實現(xiàn)量產(chǎn)，并且柔性化、更薄的電池尺寸，也使得消費電子公司有動力投入精力去優(yōu)化占據(jù)大部分空間的電池。

當(dāng)然了，也有人對固態(tài)電池的未來提出質(zhì)疑。

作為創(chuàng)造性的將鋰離子電池應(yīng)用到汽車領(lǐng)域的特斯拉，近來布局電池的動作越來越頻繁。今年8月份，特斯拉電池專家杰夫達(dá)恩（jeff dahn）及其團(tuán)隊發(fā)布論文稱，他們與合作伙伴開發(fā)出了一種比固態(tài)電池能量密度更高且更穩(wěn)定的新型鋰電池。這種仍然采用液態(tài)電解質(zhì)的無陽極鋰金屬電池在90次充放電循環(huán)后，仍可以剩余80％的電池容量和較高的穩(wěn)定性。雖然不是固態(tài)電池，但仍然是鋰金屬做負(fù)極的思路。

這篇論文還順便diss了一下現(xiàn)在使用固態(tài)電池來實現(xiàn)鋰金屬做負(fù)極的思路。該文章稱，固態(tài)電解質(zhì)并不能完全消除鋰枝晶，也尚不清楚固態(tài)電池技術(shù)與現(xiàn)有的鋰離子制造設(shè)備之間的兼容性如何，并且現(xiàn)在的鋰離子電池制造設(shè)備已經(jīng)投入了大量的資金。目前原型已經(jīng)被證明是成功的，如果他們持續(xù)成功，那么鋰金屬電池的研究重點將會從固態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)向液體電解質(zhì)。

四

如果固態(tài)電池一旦量產(chǎn)，整個動力電池江湖將會發(fā)生翻天覆地的變化。

首先，固態(tài)鋰電池的量產(chǎn)，將在續(xù)航和成本兩個維度上，徹底擊敗燃油車，并真正拉開電動車替代燃油車大幕。

有了全固態(tài)電池之后，鋰離子電池被詬病的安全和能量密度問題，將不會再是障礙。

電車?yán)m(xù)航里程將可以超過燃油車。

此外，由于能量密度的提升，動力電池價格也將會大幅降低，電動車動力總成的價格將會接近甚至是低于燃油車。

這將會是一個劃時代的變化，任何整車企業(yè)都抗拒不了這種致命的吸引力。

其次，整車企業(yè)在電池這一核心零部件的落后狀況可能被逆轉(zhuǎn)。

基本上所有的主流整車廠，在新能源汽車爆發(fā)的第一個節(jié)點，都錯過了自建電池廠的機(jī)會。

一直到今年初，全行業(yè)才算完成真理大討論，傳統(tǒng)的汽車廠商們在觀望了良久之后，終于確定了電動化路線。

大眾的全球戰(zhàn)略官就曾經(jīng)說過：“Quite frankly,if we compare ourselves today with Samsung and LG they are light years ahead of us.”翻譯過來就是，坦率地說，和三星、LG相比，我們要落后太多了。

現(xiàn)在，有實力的廠商正在趕緊補(bǔ)鋰離子電池這一課：該合資建廠的合資建廠，實力弱點的就只能先買買電池。

但是不管當(dāng)前吃不吃緊，不管是哪家，紛紛都都在宣布正在實驗室里鼓搗或投資下一代技術(shù)——固態(tài)鋰電池。

一旦這個技術(shù)實現(xiàn)量產(chǎn)，將會根本性扭轉(zhuǎn)被動力電池供應(yīng)商掐脖子的窘境。

再次，技術(shù)路線的變化不但會給新玩家機(jī)會，也會重重的捶打原有的玩家。

上游正負(fù)極等材料、固態(tài)電解質(zhì)、設(shè)備、制程等環(huán)節(jié)都將發(fā)生深刻的變化，如果不能及時轉(zhuǎn)變緊跟趨勢變化，老玩家將面臨淘汰的命運。

全固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝流程和技術(shù)跟當(dāng)前的常規(guī)液態(tài)鋰離子電池可能會完全不同，全固態(tài)電池將在技術(shù)和生產(chǎn)上擁有極高的壁壘，掌握這些技術(shù)將擁有非常大的優(yōu)勢。

但全固態(tài)電池變化現(xiàn)實的時候，動力電池產(chǎn)業(yè)的上下游、制造產(chǎn)業(yè)，都將會發(fā)生翻天覆地的變化。

最后，高能固態(tài)電池的量產(chǎn)可能也會影響到其他的行業(yè)。

就像戴森老爺子說的，飛行汽車將是固態(tài)電池落地的一個非常好的場景，誰能拒絕一個安全、安靜、極快的交通工具呢？城市空中交通將會變得可行。

不僅如此，電動飛機(jī)、輪船、機(jī)器人都將會擁有可靠的能量存儲系統(tǒng)，固態(tài)電池將會帶來一個全面電動化的時代。

當(dāng)然了，儲能也將會是一個巨大的應(yīng)用場景。

這是一個充滿無盡想象力的激動人心的未來。

前途是光明的，道路是曲折的。

原標(biāo)題:全固態(tài)電池之路