豐田正在激進(jìn)地“押寶”全固態(tài)電池。

固態(tài)電池的到來(lái)，大概率將會(huì)埋葬掉燃油車產(chǎn)業(yè)。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“建約車評(píng)” ID：jianyuecheping 作者：陸三金）

10月22日，東京車展開(kāi)幕前夕，作為東道主之一的豐田表示，將在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)期間推出一款搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車，以此展示其電池技術(shù)。豐田汽車CTO寺師茂樹(shù)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(jiān)持混動(dòng)和氫燃料路線的豐田計(jì)劃在2020年以后全面引進(jìn)EV（電動(dòng)汽車），但是一上來(lái)就放個(gè)大招，著實(shí)技驚四座。要知道，除了2011年法國(guó)博洛雷（Bolloré）并不算成功的聚合物固態(tài)電池裝車，還沒(méi)有企業(yè)真正實(shí)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(guò)渡，導(dǎo)致豐田在鋰離子電池布局上稍顯被動(dòng)。而新能源汽車的爆發(fā)促使著豐田加速轉(zhuǎn)型，和往年?yáng)|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(dòng)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(lái)的大殺器，是豐田扭轉(zhuǎn)電動(dòng)化戰(zhàn)局的關(guān)鍵所在。

從對(duì)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(lái)。

簡(jiǎn)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(gè)封閉的化學(xué)反應(yīng)容器。鋰離子通過(guò)電解液游走在正極、負(fù)極之間，達(dá)到存儲(chǔ)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(chǔ)電子不同，鋰離子電池是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)和釋放能量。

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

舉個(gè)形象一點(diǎn)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(gè)民工一次搬磚的量都是一樣的（每個(gè)鋰離子額定帶電量是一致的），你總希望民工多一點(diǎn)，這樣一次搬的磚多一點(diǎn)（電池容量大一點(diǎn)）；搬磚速度更快一點(diǎn)（充電更快，放電功率更大）；民工離職率低一點(diǎn)（循環(huán)壽命高一點(diǎn)）。

但是，鋰離子電池的體系，遠(yuǎn)比這個(gè)搬磚系統(tǒng)要復(fù)雜的多。你需要在這個(gè)化學(xué)體系里，找到一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間，讓鋰離子踏踏實(shí)實(shí)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(gè)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(diǎn)，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(fèi)大量的精力在材料選型、電解液調(diào)整、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，并且這個(gè)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(diǎn)：安全和能量密度（續(xù)航焦慮）。

一

鋰離子電池的痛點(diǎn)，看起來(lái)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(kāi)，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(kù)”，它只需要一?！盎鸹ā本蜁?huì)出現(xiàn)熱失控。

隨著鋰離子電池一路升級(jí)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(lái)越差。隨著每一次漸進(jìn)式的電池性能優(yōu)化，還需要對(duì)正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等做大量改進(jìn)來(lái)從電芯層面來(lái)抑制熱失控。

但是如果這個(gè)液態(tài)電解質(zhì)這個(gè)燃料庫(kù)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?，雖然這不是個(gè)新的概念，但是在現(xiàn)在這樣一個(gè)“恐電”相當(dāng)有市場(chǎng)的時(shí)代，僅僅這一理念就可以換來(lái)?yè)碥O無(wú)數(shù)。

液態(tài)電解質(zhì)在承載超過(guò)4-5伏的時(shí)候，電解液就會(huì)氧化分解，電池不穩(wěn)定并有安全風(fēng)險(xiǎn)，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(guò)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(gè)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(guò)程，直接從結(jié)果上來(lái)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(gè)電芯組成的電池包。如果固態(tài)電池的幾個(gè)大電芯就有機(jī)會(huì)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(duì)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(diǎn)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?jī)H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(shì)。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(shì)材料可以運(yùn)用，相對(duì)于現(xiàn)在可以實(shí)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(shí)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?qǐng)?，基本已?jīng)退出產(chǎn)業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)，詳見(jiàn)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(kāi)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(wèn)題已經(jīng)不再是問(wèn)題了！

這一波操作直接點(diǎn)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(shí)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(jiǎng)得主并且已經(jīng)“紅出圈”的Goodenough老爺子，曾經(jīng)表達(dá)過(guò)對(duì)鋰電池能量密度每年約增加7-8%效率的不屑?！澳阈枰氖且恍〔娇缭剑皇且粋€(gè)增量。”他所認(rèn)為的跨越就是固態(tài)電池技術(shù)。

2018年底，國(guó)際頂級(jí)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(gè)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(gè)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(zhǎng)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(wú)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(yùn)行。

聽(tīng)起來(lái)是不是很完美，一層解決安全問(wèn)題，一層解決性能問(wèn)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(lái)也是固態(tài)電池的推動(dòng)者。2019年5月他在Nature Nano.上發(fā)表文章，其課題組設(shè)計(jì)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(wú)機(jī)氧化物和硫化物三個(gè)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(wú)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(wèn)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(píng)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(duì)于固態(tài)電池已經(jīng)不再是問(wèn)題，但是與液態(tài)電解質(zhì)不同，界面問(wèn)題是固態(tài)電解質(zhì)最大的困擾。

簡(jiǎn)單的理解，就是固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間的貼合沒(méi)有液態(tài)那么充分，鋰離子在其中穿越就沒(méi)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(gè)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(jì)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(huì)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(huì)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(duì)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(shí)驗(yàn)上費(fèi)時(shí)費(fèi)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(shí)有個(gè)形象的比喻：在捕魚(yú)的過(guò)程中，如果您知道魚(yú)在哪里，就可以在某種程度上捕獲它，但是你并不知道魚(yú)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(guò)鈍化SEI來(lái)解決，這又是個(gè)很復(fù)雜的議題。

即使材料方面的問(wèn)題全面攻克，新的材料還可能會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題。

清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室主任馮旭寧在接受第一電動(dòng)采訪時(shí)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(huì)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(wèn)題就轉(zhuǎn)化成了新的問(wèn)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(duì)正負(fù)極的界面不穩(wěn)定

3、硫化物對(duì)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(guò)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)?；慨a(chǎn)，能不能走出實(shí)驗(yàn)室，還要考慮到成本和效率的問(wèn)題。

相比之下，普通鋰離子電池反應(yīng)簡(jiǎn)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)?；瘧?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(shí)現(xiàn)鋰金屬負(fù)極對(duì)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(gè)漸進(jìn)演變的過(guò)程，路線轉(zhuǎn)變不是一蹴而就的。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)南策文有個(gè)經(jīng)典的論述：“做研究追求1%的可能性、可行性，可以通過(guò)不斷試錯(cuò)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(diǎn)都不能差，而且各個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)化的橋梁和過(guò)程，需要慢慢從實(shí)驗(yàn)室、中試逐漸完善，然后放大成熟，實(shí)現(xiàn)完全可控。”

三

誰(shuí)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(yùn)動(dòng)中，豐田是其中最矚目的那一個(gè)。

2008年，豐田就已經(jīng)開(kāi)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(guó)提交的一份編號(hào)為20170179545的固態(tài)電池專利申請(qǐng)被公開(kāi)，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(duì)外宣布，雙方將聯(lián)合開(kāi)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(kāi)發(fā)、生產(chǎn)電動(dòng)汽車等車載電池的新公司，致力于開(kāi)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(shí)間節(jié)點(diǎn)。

從1991年索尼開(kāi)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(dú)木支撐，而中國(guó)、韓國(guó)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模遠(yuǎn)超過(guò)日本企業(yè)。

日本也數(shù)次提出過(guò)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(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）啟動(dòng)了開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池的項(xiàng)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(jì)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(shí)電池組成本降至鋰電池的三分之一左右，將快速充電時(shí)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(mén)的公司，計(jì)劃在2019年度內(nèi)展開(kāi)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(dòng)車產(chǎn)品，且目前生產(chǎn)成本較高。村田希望能通過(guò)盡快啟動(dòng)量產(chǎn)來(lái)降低成本，把用途擴(kuò)大至可穿戴終端之外。

2018年，韓國(guó)三大電池公司三星SDI、SK創(chuàng)新、LG化學(xué)，聯(lián)合成立一個(gè)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(mén)的三星，決意兩年內(nèi)做出固態(tài)電池。但是兩年時(shí)間已到，目前仍然沒(méi)有等來(lái)三星固態(tài)電池量產(chǎn)的消息。

歐洲公司

早在2011年，法國(guó)的博洛雷（Bolloré）就將聚合物全固態(tài)電池應(yīng)用到電動(dòng)汽車Bluecar和電動(dòng)巴士Bluebus上，是國(guó)際上第一個(gè)采用固態(tài)鋰電池的電動(dòng)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(méi)有顯示出相較于液態(tài)電解質(zhì)電池的優(yōu)勢(shì)。

目前已經(jīng)退出造車的戴森，并沒(méi)有放棄固態(tài)電池。2015年10月，戴森出資9000萬(wàn)英鎊全資收購(gòu)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(yǔ)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(píng)價(jià)這次收購(gòu)時(shí)說(shuō)：“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(shuō)成是電動(dòng)汽車的“圣杯”也不為過(guò)。

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(guó)申請(qǐng)一項(xiàng)專利，專利號(hào)No2548361，標(biāo)題為“一種能源存儲(chǔ)設(shè)備的構(gòu)建方法”。戴森公司稱：“有了這項(xiàng)發(fā)明，我們可以用簡(jiǎn)單、快速、低成本方法制造固態(tài)電芯?！?/p>

2018年8月，《GQ》放出了一篇對(duì)戴森的采訪。老爺子在回答固態(tài)電池的主要應(yīng)用時(shí)，第一反應(yīng)竟然是電動(dòng)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(gè)全新、有趣的策略。這次采訪從事后看，仿佛是一個(gè)伏筆。

今年10月份，戴森突然宣布放棄造車。在寫(xiě)給員工的信中，老爺子表示，盡管研發(fā)團(tuán)隊(duì)很棒，但他們認(rèn)為該項(xiàng)目不具備商業(yè)可行性。戴森正式取消電動(dòng)車項(xiàng)目，把研發(fā)資源投入到固態(tài)電池、感應(yīng)技術(shù)、視覺(jué)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(méi)有放棄固態(tài)電池，結(jié)合《GQ》采訪來(lái)看，非常值得玩味。

對(duì)動(dòng)力電池如饑似渴甚至快患上動(dòng)力電池焦慮癥的大眾，從很多年前開(kāi)始關(guān)注美國(guó)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(guó)外國(guó)投資委員會(huì)（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(huì)，同時(shí)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(dòng)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(gè)對(duì)于當(dāng)下的A級(jí)車來(lái)說(shuō)，實(shí)在是太震撼了。

10月份，雷諾汽車高級(jí)副總裁吉爾斯·諾曼德（Gilles Normand）表示，到2025年，雷諾旗下電動(dòng)汽車可能會(huì)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(wàn)美元，以開(kāi)發(fā)電池新技術(shù)。據(jù)Ionic Materials官網(wǎng)消息，該公司將在美國(guó)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(cè)試。

美國(guó)公司

2019年4月，由福特、三星等聯(lián)合完成了對(duì)美國(guó)固態(tài)電池初創(chuàng)公司Solid Power的B輪融資。同時(shí)，福特與Solid Power達(dá)成合作，雙方著手研發(fā)下一代電動(dòng)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(duì)象往往是美國(guó)的初創(chuàng)公司。確實(shí)，在鋰電池產(chǎn)業(yè)乏善可陳的美國(guó)，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(duì)外宣布，獲得D輪融資2180萬(wàn)美元，資本方來(lái)自京瓷集團(tuán)和伊藤忠商事。計(jì)劃是2019年開(kāi)始建立一個(gè)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(píng)果從2012年以來(lái)開(kāi)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(píng)果找到了前三星SDI研發(fā)高級(jí)副總裁Soonho Ahn，擔(dān)任電池研發(fā)主管。消費(fèi)級(jí)固態(tài)電池相對(duì)于車規(guī)級(jí)固態(tài)電池更容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并且柔性化、更薄的電池尺寸，也使得消費(fèi)電子公司有動(dòng)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(duì)固態(tài)電池的未來(lái)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(lái)布局電池的動(dòng)作越來(lái)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(duì)發(fā)布論文稱，他們與合作伙伴開(kāi)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(wú)陽(yáng)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(lái)實(shí)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(diǎn)將會(huì)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(gè)動(dòng)力電池江湖將會(huì)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(gè)維度上，徹底擊敗燃油車，并真正拉開(kāi)電動(dòng)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(wèn)題，將不會(huì)再是障礙。

電車?yán)m(xù)航里程將可以超過(guò)燃油車。

此外，由于能量密度的提升，動(dòng)力電池價(jià)格也將會(huì)大幅降低，電動(dòng)車動(dòng)力總成的價(jià)格將會(huì)接近甚至是低于燃油車。

這將會(huì)是一個(gè)劃時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)，都錯(cuò)過(guò)了自建電池廠的機(jī)會(huì)。

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?cè)谟^望了良久之后，終于確定了電動(dòng)化路線。

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

現(xiàn)在，有實(shí)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(shí)力弱點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室里鼓搗或投資下一代技術(shù)——固態(tài)鋰電池。

一旦這個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將會(huì)根本性扭轉(zhuǎn)被動(dòng)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(huì)給新玩家機(jī)會(huì)，也會(huì)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(shí)轉(zhuǎn)變緊跟趨勢(shì)變化，老玩家將面臨淘汰的命運(yùn)。

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(huì)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(shì)。

但全固態(tài)電池變化現(xiàn)實(shí)的時(shí)候，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的上下游、制造產(chǎn)業(yè)，都將會(huì)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(huì)影響到其他的行業(yè)。

就像戴森老爺子說(shuō)的，飛行汽車將是固態(tài)電池落地的一個(gè)非常好的場(chǎng)景，誰(shuí)能拒絕一個(gè)安全、安靜、極快的交通工具呢？城市空中交通將會(huì)變得可行。

不僅如此，電動(dòng)飛機(jī)、輪船、機(jī)器人都將會(huì)擁有可靠的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，固態(tài)電池將會(huì)帶來(lái)一個(gè)全面電動(dòng)化的時(shí)代。

當(dāng)然了，儲(chǔ)能也將會(huì)是一個(gè)巨大的應(yīng)用場(chǎng)景。

這是一個(gè)充滿無(wú)盡想象力的激動(dòng)人心的未來(lái)。

前途是光明的，道路是曲折的。

原標(biāo)題:全固態(tài)電池之路