在剛剛過去的春節(jié)假期中，隨著電動車保有量的逐年提升，電動車主在高速服務(wù)區(qū)徹夜排隊(duì)充電、甚至為此大打出手的新聞再次榮登新聞頭條。據(jù)中消協(xié)發(fā)布的2022年度春節(jié)消費(fèi)維權(quán)輿情分析報(bào)告顯示，“高速充電難，無解決方案”成了春節(jié)消費(fèi)維權(quán)的典型案例。

　　事實(shí)上，如果要徹底解決 “每逢佳節(jié)必添堵”的充電難題，除了依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的普及和建設(shè)，提升車載電池組儲能效率也幾乎是”必選項(xiàng)”。據(jù)工信部公布的《中國制造2025》中對電池技術(shù)的相關(guān)指導(dǎo)意見，到2025年、2030年兩個時(shí)間節(jié)點(diǎn)，動力電池單體能量密度需達(dá)到400Wh/kg、500 Wh/kg。而目前占車載電池主流份額的液態(tài)鋰離子電池，就算在最新技術(shù)的加持下，也很難突破400Wh/kg的能量密度上線。

　　或許在您看來這些數(shù)據(jù)枯燥無比，毫無意義。那我們不妨以市售電動車為例，長續(xù)航版的特斯拉Model 3(參數(shù)|詢價(jià))共有4416個電芯，電池組重量為477.3kg，容量為78.4kWh，經(jīng)計(jì)算能量密度僅為167W/kg，而該車的CLTC續(xù)航里程為675km，也就是說，一旦電池能量密度突破400Wh/kg大關(guān)，車輛續(xù)航里程輕松突破1000km幾乎沒有難度。對此，同等重量下能量密度更高、同時(shí)也具備更好安全性能的固態(tài)電池技術(shù)被看做車載電池的終極形態(tài)，也因此成了眾多電動車企的未來的發(fā)展方向。甚至有相關(guān)人士放出狠話：“一旦固態(tài)電池得以普及，就是傳統(tǒng)燃油車淘汰之時(shí)?！?/p>

　　這不禁令人好奇，固態(tài)電池真的是電動車的”萬金油“嗎？

只要將多汁的檸檬或其他水果，然后在兩端分別插入銅、鋅兩種化學(xué)性質(zhì)不同的金屬片，再用導(dǎo)線將金屬片兩端連接起來，就可以制成最簡單的“水果電池”。

固態(tài)電池究竟好在哪？

　　作為目前純電動車核心技術(shù)的電池，其實(shí)底層原理并不復(fù)雜。只要將多汁的檸檬或其他水果，然后在兩端分別插入銅、鋅兩種化學(xué)性質(zhì)不同的金屬片，再用導(dǎo)線將金屬片兩端連接起來，就可以制成最簡單的“水果電池”。這種“水果電池”的核心原理在于：檸檬兩端的銅片和鋅片的電化學(xué)活性不同，其中更活潑的那邊的金屬片（銅片）能與檸檬汁起化學(xué)作用產(chǎn)生了正電荷，另外一片（鋅片）就會產(chǎn)生負(fù)電荷，因此產(chǎn)生電流。與此同時(shí)，檸檬汁充當(dāng)電解液，在正負(fù)極中起傳導(dǎo)電離子，以產(chǎn)生電流。

面對低溫環(huán)境，電池中的電解液會變得黏稠、而鋰離子遷移速率變慢，導(dǎo)致電池活性降低，這也是大多數(shù)電動車在冬天里程大幅縮減、充電效率降低的重要原因。

　　目前主流的車載鋰電池中，仍需電解液在電池充放電過程中使離子在正負(fù)極之間運(yùn)動，從而構(gòu)成整個電路回路產(chǎn)生電流。對于車載鋰電池而言，反復(fù)充放電會導(dǎo)致鋰離子在反復(fù)沉積和析出過程中，金屬鋰負(fù)極表面容易生長出鋰枝晶，并發(fā)生粉化。這種現(xiàn)象輕則降低電池儲能，縮短電池壽命；嚴(yán)重時(shí)則會穿透電池間的隔膜，引發(fā)漏液和短路，造成車輛自燃。不僅如此，面對低溫環(huán)境，電池中的電解液會變得黏稠、而鋰離子遷移速率變慢，導(dǎo)致電池活性降低，這也是大多數(shù)電動車在冬天里程大幅縮減、充電效率降低的重要原因。

反復(fù)充放電會導(dǎo)致鋰離子在反復(fù)沉積和析出過程中，金屬鋰負(fù)極表面容易生長出鋰枝晶，這種現(xiàn)象輕則降低電池儲能，縮短電池壽命；嚴(yán)重時(shí)則會穿透電池間的隔膜，引發(fā)漏液和短路，造成車輛自燃。

　　相比于此，固態(tài)電池使用固體材料作為離子移動的電解質(zhì)，由于電池中不存在液體，因而就不需要傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池復(fù)雜的封裝系統(tǒng)。此外，由于其性質(zhì)更穩(wěn)定，因此在固態(tài)電池中也不需要配置溫度控制部件。這也就意味著，相同重量的一組液態(tài)和固態(tài)電池，就像是同樣大小的柚子和西瓜，后者“果肉”（電芯）所占比重遠(yuǎn)超前者，因此電池能量密度大幅提升。

相同重量的一組液態(tài)和固態(tài)電池，就像是同樣大小的柚子和西瓜，后者“果肉”（電芯）所占比重遠(yuǎn)超前者，因此電池能量密度大幅提升。

　　事實(shí)上，固態(tài)電池的優(yōu)勢遠(yuǎn)不止于更高的能量密度，固體電解質(zhì)更穩(wěn)定的物理性質(zhì)意味著這種電池不會因?yàn)橥饨绛h(huán)境的變化容量驟減，而且使用壽命也比液態(tài)鋰電池長得多。

當(dāng)前參與固態(tài)電池研發(fā)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)（不完全），除了車企，初創(chuàng)公司及大學(xué)研究機(jī)構(gòu)也占了很大比例。

固態(tài)電池既然這么好，為什么遲遲不量產(chǎn)？

　　相比于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)電池容量大、更安全、使用壽命也更長，優(yōu)勢可謂相當(dāng)明顯。但是，在研發(fā)層面可謂困難重重。盡管從新勢力車企Fisker、蔚來，到傳統(tǒng)車企豐田、大眾、寶馬，在該技術(shù)上均有所布局。但時(shí)至今日，還尚未有一款量產(chǎn)車搭載固態(tài)電池。甚至早在2017年就申請了固態(tài)電池專利的Fisker公司已于2021年公開宣布徹底放棄研發(fā)該技術(shù)。

對于固態(tài)電池技術(shù)，F(xiàn)isker創(chuàng)始人Henrik Fisker坦言：“固態(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當(dāng)你覺得已經(jīng)完成了90%，幾乎達(dá)到目標(biāo)時(shí)，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。因此現(xiàn)在，我們完全放棄了固態(tài)電池，因?yàn)檎娴臒o法落地。”

　　對此，F(xiàn)isker創(chuàng)始人Henrik Fisker坦言：“固態(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當(dāng)你覺得已經(jīng)完成了90%，幾乎達(dá)到目標(biāo)時(shí)，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。因此現(xiàn)在，我們完全放棄了固態(tài)電池，因?yàn)檎娴臒o法落地?！倍鴮τ谠摷夹g(shù)的前景，這位寶馬Z8的設(shè)計(jì)師同樣給出了悲觀的預(yù)期：“我個人認(rèn)為，不管是哪種形式的量產(chǎn)，固態(tài)電池都至少還需要7年?！?/p>

諷刺的是，讓固態(tài)電池技術(shù)遲遲不能量產(chǎn)落地，進(jìn)而困擾著全球車企和電池制造商的技術(shù)難題恰恰就是固態(tài)電解質(zhì)本身。目前，全球范圍內(nèi)成型的電解質(zhì)技術(shù)路線一共分為三種：聚合物、氧化物和硫化物。（配圖為豐田固態(tài)電池結(jié)構(gòu)圖）

　　諷刺的是，讓固態(tài)電池技術(shù)遲遲不能量產(chǎn)落地，進(jìn)而困擾著全球車企和電池制造商的技術(shù)難題恰恰就是固態(tài)電解質(zhì)本身。目前，全球范圍內(nèi)成型的電解質(zhì)技術(shù)路線一共分為三種：聚合物、氧化物和硫化物。其中，以大眾及上汽集團(tuán)投資的電池制造商QuantumScape為首的歐美企業(yè)更傾向于氧化物和聚合物，而豐田和LG化學(xué)為首的日韓企業(yè)則堅(jiān)定地站在硫化物這一陣營。

作為搭載固態(tài)電池量產(chǎn)車的先行者，法國公司Bolloré與賓法設(shè)計(jì)公司合作開發(fā)的Bluecar早在2011年問世，但電池性能相當(dāng)堪憂，甚至為了保證該車的續(xù)航里程，一些早期的車型即使在停車狀態(tài)下，也需要外接一個加熱器。

　　這三種技術(shù)路線可謂各有千秋。其中聚合物電解質(zhì)加工容易，高溫下導(dǎo)電性能優(yōu)異，但室溫狀態(tài)下導(dǎo)電性能大幅下降，因此這種電池需要配置額外的加熱裝置保持電池始終處于工作溫度。利用該技術(shù)，法國公司Bolloré早在2011年就與賓法設(shè)計(jì)公司合作開發(fā)了搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車——Bluecar。不過，該車搭載的電池組容量只有30kWh，能量密度只達(dá)到了100Wh/kg，甚至還不足現(xiàn)在現(xiàn)在主流液態(tài)電池能量密度的一半。

2013年10月14日，法國巴黎一輛用于共享出行的bluecar發(fā)生自燃，大火很快燒毀了另一輛停在附近同型號共享車。據(jù)悉，在2011-2013年間，共有25輛bluecar發(fā)生了自燃。

　　更致命的是，為了保證該車的續(xù)航里程，一些早期的車型即使在停車狀態(tài)下，也需要外接一個加熱器。盡管固態(tài)電池本身的降低了自燃風(fēng)險(xiǎn)，但這個附加裝置成了最大的隱患。2013年10月14日，法國巴黎一輛用于共享出行的bluecar發(fā)生自燃，大火很快燒毀了另一輛附近的車。據(jù)悉，在2011-2013年間，共有25輛bluecar發(fā)生了自燃。

　　對此，氧化物固態(tài)電解質(zhì)受外界環(huán)境影響小，但加工難度較高，前文提及的QuantumScape，研發(fā)出了加工更容易的非薄膜電解質(zhì)，并被眾多業(yè)內(nèi)人士看做未來最有量產(chǎn)商業(yè)化前景的固態(tài)電池技術(shù)。

2021年9月，豐田正式宣布，將投資135億美元用于研發(fā)包括固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池技術(shù)。同年11月，該公司推出了首款搭載固態(tài)電池的概念車——LQ Concept。

　　相比前兩種技術(shù)，硫化物起步最晚，但由于其導(dǎo)電性能最好，且支持高壓快充技術(shù)，因此被豐田、三星和寧德時(shí)代等一眾亞洲企業(yè)看好，2021年9月，豐田正式宣布，將投資135億美元用于研發(fā)包括固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池技術(shù)。同年11月，該公司推出了首款搭載固態(tài)電池的概念車——LQ Concept，不同于各種PPT造車企業(yè)所熱衷的”1:1大比例車?！?，這款概念車在接下來會在開放道路上進(jìn)行測試，并驗(yàn)證固態(tài)電池的穩(wěn)定性。

即使試驗(yàn)車已經(jīng)上路，一向以保守穩(wěn)健著稱的豐田還是決定直到2025年，才會小規(guī)模投產(chǎn)固態(tài)電池。并且首批產(chǎn)品將應(yīng)用于自家的混動車型上，而非純電車型。

　　即使試驗(yàn)車已經(jīng)上路，一向以保守穩(wěn)健著稱的豐田還是決定直到2025年，才會小規(guī)模投產(chǎn)固態(tài)電池。并且首批產(chǎn)品將應(yīng)用于自家的混動車型上，而非純電車型。對于這個規(guī)劃，豐田研究所（Toyota Research Institute）負(fù)責(zé)人Gill.Pratt給出了解釋：“目前的固態(tài)電池制造成本居高不下，而混動車型所需的電池容量較小，不僅可以有效控制成本，同時(shí)混動車型更頻繁的充放電也使其成為了驗(yàn)證電池壽命和可靠性的完美平臺?！?/p>

除了豐田，其他的車企的固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表呢？

　　事實(shí)上，除自研電池技術(shù)的豐田，大部分車企選擇收購或投資相關(guān)企業(yè)，坐等“勝利果實(shí)”。去年11月，戴姆勒集團(tuán)（現(xiàn)已更名梅賽德斯-奔馳集團(tuán)股份公司）宣布與固態(tài)電池技術(shù)公司Factorial Energy達(dá)成戰(zhàn)略合作，2022年開始研發(fā)測試，2025年推出搭載固態(tài)電池的原型車并最終在2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；無獨(dú)有偶，就在與奔馳簽約的前一個月，現(xiàn)代集團(tuán)也入股了這家致力于固態(tài)電池研發(fā)的公司。此外，同年12月全球第四大車企Stellantis集團(tuán)宣布，與該公司正式簽署固態(tài)電池聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，其合作結(jié)果最早將于2026年亮相。

就在奔馳宣布投資Factorial Energy后不久，該公司再度宣布與中國臺灣固態(tài)電池研發(fā)其也ProLogium達(dá)成協(xié)議，奔馳向該公司投資，兩家公司共同研發(fā)固態(tài)電池，并規(guī)劃歐洲建廠。

　　有趣的是，就在奔馳宣布投資Factorial Energy后不久，該公司再度宣布與中國臺灣固態(tài)電池研發(fā)其也ProLogium達(dá)成協(xié)議，奔馳向該公司投資，兩家公司共同研發(fā)固態(tài)電池，并規(guī)劃歐洲建廠。

在眾多研發(fā)固態(tài)電池的車企中，最令人玩味的是通用集團(tuán)，先是在2018年投資了固態(tài)電池公司Solid Energy Systems，隨后又于今年10月宣布成立電池研發(fā)中心。

　　此外，寶馬與另一家固態(tài)電池的初創(chuàng)公司——Soild Power達(dá)成協(xié)議，將投資1.3億美元進(jìn)行研發(fā)，如果過程順利，同樣將于2025年推出原型車并于2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。在該公司的投資者名單中，還包括福特集團(tuán)。最令人玩味的是通用集團(tuán)，先是在2018年投資了固態(tài)電池公司Solid Energy Systems，隨后又于今年10月宣布成立電池研發(fā)中心。

早在兩年前的“NIO Day 2020”上，蔚來就在首款轎車ET7(參數(shù)|詢價(jià))亮相的同時(shí)，高調(diào)宣布該車將搭載能量密度360kWh/kg的固態(tài)電池，得益于此，該車?yán)m(xù)航將輕松突破1000km。

蔚來：我完全不明白，為什么到2025年才量產(chǎn)固態(tài)電池

　　早在兩年前的“NIO Day 2020”上，蔚來就在首款轎車ET7亮相的同時(shí)，高調(diào)宣布該車將搭載能量密度360kWh/kg的固態(tài)電池，得益于此，該車?yán)m(xù)航將輕松突破1000km。然而，隨后公布的新車申報(bào)信息卻毫無保留的揭穿了謊言。在車輛配置中，赫然出現(xiàn)了“三元鋰/磷酸鐵鋰電池”字樣。對此，幾天前還信心滿滿的李斌只能略顯尷尬的解釋道：“目前蔚來采用的也并非全固態(tài)電池，還是帶有液體(電解質(zhì))的?！?/p>

隨后公布的ET7新車申報(bào)信息卻毫無保留的揭穿了謊言，在車輛配置中，赫然出現(xiàn)了“三元鋰/磷酸鐵鋰電池”字樣。

對于ET7搭載的電池，李斌略顯尷尬的解釋道：“目前蔚來采用的也并非全固態(tài)電池，還是帶有液體(電解質(zhì))的。”

　　事實(shí)上，ET7所搭載的電池已然是目前液態(tài)電池的天花板，該電池組不僅采用了超高鎳和無機(jī)無機(jī)預(yù)鋰化硅作為正負(fù)極材料，同時(shí)還創(chuàng)新的采用了原位固化固液電解質(zhì)，得益于此，該電池組才達(dá)到了近乎極限的360kWh/kg能量密度。即使如此，從結(jié)構(gòu)上分類，該電池組的電解液仍存在液體成分，也保留了隔膜。嚴(yán)格意義上仍是液態(tài)鋰電池的范疇。為了緩解尷尬，并安撫蔚來粉絲們的情緒，公關(guān)們絞盡腦汁的給ET7搭載的電池取了一個新名字——半固態(tài)電池。

蹭“固態(tài)電池”熱點(diǎn)的遠(yuǎn)不止蔚來一家，于去年上市的東風(fēng)風(fēng)神E70(參數(shù)|詢價(jià))也號稱搭載了電動汽車行業(yè)的“圣杯”——固態(tài)電池，但在其電池供應(yīng)商贛鋒鋰業(yè)的官方資料中，卻明確指出：目前該公司的電池均采用“固液混合電解質(zhì)”，而真正的固態(tài)電池，尚在與東風(fēng)研發(fā)過程中。

　　然而，蹭“固態(tài)電池”熱點(diǎn)的遠(yuǎn)不止蔚來一家，于去年上市的東風(fēng)風(fēng)神E70也號稱搭載了電動汽車行業(yè)的“圣杯”——固態(tài)電池，但在其電池供應(yīng)商贛鋒鋰業(yè)的官方資料中，卻明確指出：目前該公司的電池均采用“固液混合電解質(zhì)”，而真正的固態(tài)電池，尚在與東風(fēng)集團(tuán)共同研發(fā)過程中。

總結(jié)

　　正如高級別駕駛輔助系統(tǒng)的不同技術(shù)路徑一樣，未來的電池技術(shù)肯定也是多路徑共同發(fā)展。就像是一向不按常理出牌的特斯拉，就于2020年推出了4860電池，在液態(tài)電池的基礎(chǔ)上，通過無模組設(shè)計(jì)，將體積重量大幅縮減，得益于此，其能量密度達(dá)到了驚人的300Wh/kg。

　　固態(tài)電池技術(shù)固然是未來電動車產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，但若缺乏國家層面的監(jiān)管和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)政策的出臺，造成虛假宣傳、行業(yè)亂象叢生，恐怕是消費(fèi)者和有良知的車企都不愿意看到的。

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