近日，隨著福特和寶馬宣布對固態(tài)電池技術的公司Solid Power進行了1.3億美元的投資，他們都發(fā)布了一些關于固態(tài)電池的規(guī)劃，包括這兩家車企都將從明年開始搭載Solid Power全尺寸100安時（Ah）固態(tài)電池。而目前，Solid Power已在中試生產(chǎn)線上生產(chǎn)20 Ah固態(tài)電池。

       在投資消息發(fā)布前，寶馬集團就已宣布，將在2025年發(fā)布應用固態(tài)電池的原型車，并在2030年為量產(chǎn)車型配備固態(tài)電池。而福特除了投資Solid Power，也將斥資1.85億美元建設合作性學習實驗室，該實驗室將開發(fā)和制造鋰離子和固態(tài)車載動力電池單體和陣列。

       另一方面，大眾在與QuantumScape合作9年后，宣布2025年開始生產(chǎn)固態(tài)電池，一次充電可以達到500英里（約804公里）的行駛里程。4月，大眾汽車在QuantumScape測試新一代固態(tài)電池時，又對后者追加了1億美元投資。

       一時間，固態(tài)電池的應用變得愈發(fā)現(xiàn)實，似乎從實驗室到市場應用指日可待。不過，每項革新技術在應用前，都將遭受質(zhì)疑，更何況是仍面臨種種技術攻關的固態(tài)電池。Guidehouse Research的分析師Sam Abuelsamid曾表示，固態(tài)電池的供電要比鋰離子電池的供電難得多，但是這項技術擁有廣闊的前景，無論哪家公司首先實現(xiàn)技術突破，都可以贏得競爭優(yōu)勢。

（BMW iX）

       是變革，還是忽悠？

       2021年還未過半，包括大眾、寶馬、福特、蔚來、本田以及保時捷在內(nèi)的多家車企就已經(jīng)發(fā)布了自家對于固態(tài)電池的研究計劃。

       除了「SolidPower」和「QuantumScape」那兩大陣營，蔚來在今年1月也宣布將在2022年年底應用能量密度360Wh/kg，容量150kWh的固態(tài)電池；本田聲明要在2040年實現(xiàn)在售車型全電動，并將會使用固態(tài)電池與氫燃料電池；而寧德時代與比亞迪早在2019年就已申請了固態(tài)電池的技術專利；同時，國內(nèi)還有清陶能源這樣的企業(yè)自2018年底開始已經(jīng)正式投產(chǎn)固態(tài)電池，但是目前量產(chǎn)的固態(tài)電池尚不能用于新能源汽車，主要應用領域是特種安全領域。

       從多家企業(yè)及研究機構發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)鋰電池具有壓倒性優(yōu)勢：能量密度較高，由于不需要使用隔膜和電解液，體積也會更加輕��；使用固態(tài)電解質(zhì)的電池會有較高的柔性化前景，即承受成百上千次的彎曲而性能基本不會衰減，相比于傳統(tǒng)鋰電池安全性更高。目前，企業(yè)對固態(tài)電池規(guī)模化使用的預計時間普遍都在5-15年間，且技術路線中的電解質(zhì)會經(jīng)歷液態(tài)，半固態(tài)，固液混合最終達到全固態(tài)。

       盡管看起來前景非常美好，但一位資深電池專家還是對Auto Byte表示，在沒有拿出具體解決方案的前提下，想在10年內(nèi)普及固態(tài)電池還是顯得不太現(xiàn)實。「在給出時間點的同時，也應當提供具體技術方案和路線，以及研發(fā)者對于固態(tài)電池的自身定義。不然，單純從固態(tài)電池技術角度看，在規(guī)劃時間內(nèi)不可能實現(xiàn)量產(chǎn)。如果某些企業(yè)自稱能夠快速量產(chǎn)固態(tài)電池，那應當明確他們對于所生產(chǎn)的『固態(tài)電池』的定義�！�

       今年一月，蔚來在微信公眾號發(fā)表了一篇名為《蔚來發(fā)布150kWh固態(tài)電池》的文章，然而文中對電解質(zhì)的描述是「安全，高效的固液電解質(zhì)」，這與固態(tài)電池的定義「使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池存在出入」。事后蔚來創(chuàng)始人李斌也公開承認，所謂的固態(tài)電池其實是固液混合電池，雖然較原有鋰電池技術有突破，但也并不是革命性的突破。

（蔚來文章截圖）

       對此，中國汽車流通協(xié)會常務理事賈新光曾表示：「固態(tài)電池應當就是全固態(tài)，不然就只是偽概念。」「固態(tài)電池現(xiàn)在在國際上也沒有突破的進展，但有一種過渡方案，就是加一點液體電解質(zhì)，但是一點是多少呢？」其實，直到目前還有一些學者認為，企業(yè)及媒體對固態(tài)電池的炒作，與對納米、石墨烯的炒作是一樣的，都過于高估其可行性了。

       而蘇州大學能源學院的黃程教授則在之前的采訪中表示，使用固液電解質(zhì)的電池可以看作是廣義上的固態(tài)電池，「只要液體不流動，就可以叫做固態(tài)。固液混合的電解質(zhì)也可以，這不稀奇的。」黃程教授也說現(xiàn)在手機和平板所使用的凝膠電池也是類似與固液混合電池的。

       央廣網(wǎng)報道稱「這是固態(tài)電池到來前的一個過渡方案，也就是同時使用固態(tài)電解質(zhì)和電解液，但是兩者混合的比例和安全性目前在國際上還沒有定論�！�

（固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池對比）

       技術難點：電解質(zhì)、性能、工藝

       早在2017年12月，豐田就曾表示將在2020年初開始生產(chǎn)固態(tài)電池，但是在2019年，豐田研發(fā)部負責人寺重茂樹（Shigeki Terashi）表示，豐田只會在東京奧運會技術展中推出一款使用固態(tài)電池供電的電動汽車，且在2030年之前不會銷售使用固態(tài)電池的車輛。他說：「我們將生產(chǎn)配備固態(tài)電池的汽車，并在2020年展示該產(chǎn)品，但批量生產(chǎn)固態(tài)電池的時間將稍晚一些。」然而隨著東京奧運會的推遲，改款原型車至今仍未得到展示。

       目前來看，固態(tài)鋰電池所面臨的技術難點，首先是固態(tài)電解質(zhì)材料中的鋰離子電導率偏低——固態(tài)電解質(zhì)有三種：聚合物電解質(zhì)需要加熱到60℃才可以獲得足夠的導電率；氧化物電解質(zhì)中鋰離子的電導率比液態(tài)要低很多；硫化物電解質(zhì)中的鋰離子導電率跟液態(tài)相近但是易氧化產(chǎn)生有毒氣體。

       而且，相關電池專家也對Auto Byte表示， 固態(tài)電池面臨的難點不光是電解質(zhì)的問題，還包括循環(huán)性能差、固固界面的反應機理及機制問題，以及鋰負極的可充性等等。例如，固體電極與固體電解質(zhì)界面的接觸性和穩(wěn)定性差，固體/固體界面接觸無潤滑性，會導致內(nèi)阻加大，循環(huán)性能變差。最后，固態(tài)電解質(zhì)中的鋰反復充放電的循環(huán)性和安全性還需要繼續(xù)研究。再加上固體電解質(zhì)成本較高，全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池制作工藝復雜，也使得固體電池成本高昂。

       即便如此，「5-10年實現(xiàn)普及」仍舊是多家車企和研發(fā)機構發(fā)布的目標。例如除了車企之外，國軒高科工程研究院常務副院長徐興無也表示，固態(tài)電池實現(xiàn)規(guī)�；�商用預計要到2025年；國內(nèi)動力電池的龍頭企業(yè)寧德時代也表示預計固態(tài)電池上市需要等到2030年等等。這也為什么，像Solid Power和QuantumScape這樣的固態(tài)電池創(chuàng)新型企業(yè)會受到資本市場的熱捧。

       神速量產(chǎn)，依靠什么解決方案？

       技術解決方案以及企業(yè)對固態(tài)電池的定義，無疑將成為企業(yè)吸引投資以及量產(chǎn)可行性的參考要素。

       首先，從固態(tài)電池定義來看，Solid Power 和QuantumScape都是只研發(fā)生產(chǎn)全固態(tài)電池，而且研發(fā)進度比較超前，明年就能初步裝車應用。其實，早在2018年，大眾集團的子公司奧迪就曾在蒙特利汽車周上展出PE18 E-tron概念車，這是世界上第一款裝備了固態(tài)電池的電動汽車。當時，大眾也早已開始對QuantumScape投資。

（大眾集團在德國薩爾茨吉特的電池研發(fā)工廠）

       既然前提是「只生產(chǎn)全固態(tài)電池」，那么，在技術上如何實現(xiàn)，在雙方提出的解決方案上也可窺出一二。只是，關鍵信息仍處于保密階段。

       QuantumScape在固態(tài)電池研發(fā)領域最領先的技術優(yōu)勢是 他們使用特種陶瓷制成的正負極隔膜。該公司對這種陶瓷的制作方法保密，他們稱這種材料可以有效防止鋰金屬枝晶導致電池內(nèi)短路，并且在實驗室中對4層電池循環(huán)充電超過800次后，仍保持80%以上的電池容量。同時，使用這種材料可以取消放置于隔膜和陰極之間的鋰金屬層。在電池結構中，QuantumScape取消了傳統(tǒng)電池中的人造陽極設計，充電時鋰金屬會從陰極上分離，通過陶瓷隔膜沉積在隔膜另一側，形成鋰金屬陽極。

       但是電動汽車所使用的電池是多層電池，僅有四層的電池是無法在電動汽車上進行商用的。目前QuantumScape所進行的研究都是基于單層電池，并且他們并未公開所使用的技術。密歇根大學的材料學教授杰夫·坂本（Jeff Sakamoto）與QuantumScape同樣在進行鋰電池枝晶方面的研究，他在查看過該公司的專利文件后表示，「當電池開始形成枝晶時，他們可以阻止，讓電流逆轉。如果小心控制，就能繞開枝晶問題。」他認為該公司只是找到了一種巧妙的電池操縱方法，并不是在材料學上做出突破。而QuantumScape的競爭對手Solid Power的CTO賈許·布特納-加勒特（Josh Buettner-Garrett）曾表示，制造單層電池是一回事，制造多層電池并保持同樣的性能又是另一回事。

       至于Solid Power，在去年年底該公司宣布原型固態(tài)電池ASSB將于今年投入量產(chǎn)，該公司稱ASSB不含任何液體或是凝膠物質(zhì)，是真正意義上的固態(tài)電池。ASSB在生產(chǎn)技術方面并沒有看出太多的革新，正如Solid Power官網(wǎng)中寫到的一樣，「簡單地把最先進的陰極與鋰金屬陽極組合在一起」。ASSB的制作使用常規(guī)加工工藝以及設備，生產(chǎn)方式也為常見的卷對卷制程，與現(xiàn)在的鋰離子電池生產(chǎn)線高度兼容， 其主要優(yōu)勢在于高容量的復合陰極，可以提供相當于市面上最先進的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2為陰極，石墨為陽極的電池三倍的容量。

（圖片來源：寶馬悅報）

       不過ASSB在追求與現(xiàn)有制造設備兼容性的同時，難免會犧牲一部分性能。Solid Power在去年歐洲先進汽車電池會議（AABC）中提供的數(shù)據(jù)顯示，22層的ASSB經(jīng)過30次循環(huán)充電容量就會下降到80%以下，電池能量密度較低，充電速度相比于QuantumScape的產(chǎn)品也較慢。

       對于電解質(zhì)，目前在市場上，包括寧德時代、三星和LG Chem在內(nèi)的多數(shù)大型電池生產(chǎn)商的重點都放在硫化物電解質(zhì)上。「硫化物具有可擴展性，我們可以在室溫下對其進行處理，并且可將其結構塑造得更適合商用�！辜又荽髮W圣地亞哥分校（UCSD）納米工程系的科學家達倫·譚（Darren Tan）說，氧化物更易碎，并且需要更高的燒結溫度，而聚合物在室溫下的導電性表現(xiàn)一直不太理想。

       像UCSD一樣，Solid Power也專注于硫化物電解質(zhì)的研發(fā)�！肝覀冋J為硫化物具有最全面的特性，」布特納-加勒特說，「目前，大多數(shù)OEM和汽車制造商都將重點放在硫化物電解質(zhì)上。許多人將聚合物視為進入固態(tài)電解質(zhì)的第一步，而當今大多數(shù)氧化物電解質(zhì)僅限于學術界�！�

        總體來看，各家研發(fā)機構、廠商對于固態(tài)電池的研發(fā)規(guī)劃有些大同小異。UCSD的達倫表示：「現(xiàn)在固態(tài)電池發(fā)展的大多數(shù)阻礙都是在工程技術上，而不是在固態(tài)電池的理論科學之中�！�如今，固態(tài)電池已不再是一項遙不可及的技術，可它的商業(yè)化應用還有待長期的測試和驗證。在全面開始制造之前，固態(tài)電池還需要經(jīng)過大量的原型設計與中試生產(chǎn)，因為 不光是其性能表現(xiàn)需要符合人們的預期，其成本也需要逐步下降至可接受范疇。或許就如達倫所推測的，固態(tài)電池要是想有更深的市場滲透率，還是要依靠經(jīng)濟環(huán)境與政府的扶持策略。