上個月大眾向固態(tài)電池初創(chuàng)公司QuantumScape投資2億美元，這個金額很令人乍舌，幾乎相當于關于一家公司的收購金額。QuantumScape源于斯坦福大學的研究項目組，2012年獨立成為公司。大眾在2018年就投了100萬美元，但此次追加至2億美元，可見固態(tài)電池技術關于大眾的戰(zhàn)略重要性。

（來源：微信公眾號“Astorys”ID：Astorys作者：Astorys）

在目前階段，固態(tài)電池的開發(fā)還要解決一系列的課題。首先就是要開發(fā)固態(tài)電解質，另外正負極材料、電芯極板的制造等都要改進。最后，固態(tài)電池假如可以真正投入量產也會對整個電動汽車行業(yè)帶來重要的影響。

固態(tài)電解質

目前固態(tài)電解質的開發(fā)重要分為三種技術路線，硫化物系、氧化物系、聚合物系。目前普遍認為硫化物系最具優(yōu)勢，但這也不是最終確定的。固態(tài)電解質要滿足五種條件，比液態(tài)電解質更高的離子傳導性、正負極的化學互換性、更寬的電化學窗口、幾乎可忽略不計的電子傳導性，以及更高的能量密度。能開發(fā)出滿足這些特性的固態(tài)電解質是最重要的，為此目前業(yè)界正在進行著許多嘗試。

從硫化物系來看，目前有著關于各種電解質的研究，這部分是非常專業(yè)的部分，就不詳細說明了。在現(xiàn)有的鋰離子電池結構中，必須加入各種電解質持續(xù)進行測試。氧化物系與聚合物系目前也有多個測試對象，而且這些測試對象還在持續(xù)新增。而這些物質全部都要經過測試，并制造出測試用的電池，要持續(xù)進行實驗與驗證。這些工作本身就要許多實驗工具、人力、設備等的投入，最終其實就是資本的比拼。

因此，大眾投資QuantumScape本質上就是在支付一筆測試成本。經過充分的測試，最終可以開發(fā)出適用的固態(tài)電解質的概率會新增。不管怎么樣，最終都必須要達到與目前液態(tài)電解質趨同的性能，才有可能轉變?yōu)楣虘B(tài)。

這張圖片是目前液態(tài)電解質的結構。一般我們看到類似的結構圖時，經常會誤以為液態(tài)電解質的形態(tài)幾乎是流動的液體。

我們拿圓柱形電池觀察一下，實際電池內部的正負極是非常緊密地貼合在一起的。所以電解質不是充分地以液體的形式浸透，而是滲入在極板之間的。甚至從截面來看，這個電解質甚至看起來并不像是液體。

這是在聚合物電池上注入電解質工序的圖片。電解質要經過一段時間緩慢地滲入到極板之間，或者是采用真空的方式等。因此注入電解質也是一項非常重要的技術。

我們來看這張圖片，極板之間有藍色代表的電解質，但左上看還有很多是白色區(qū)域，就是還沒有充分的浸透的部分。但我們從左下、右下假如放大看，就可以明顯看出濕與干的差別。未充分浸透的部分就不能達到規(guī)定的容量，因此這種產品在最終檢測中就會視為是不良品。所以，像這樣讓固態(tài)電解質浸透的技術就是固態(tài)電解質的一項關鍵技術。

最終走向全固態(tài)電池要經歷不同階段。左起是現(xiàn)有的液態(tài)電解質結構。中間階段就是鋰金屬負極，并將固態(tài)電解質與正極分離，這樣雖然會提高安全性，但卻很難浸透電解質（lowwettingability），因此就會影響到能量密度。最終就是要通過改善工藝，讓電解質可以均勻地分布在正極上，這樣才算是固態(tài)電池的最終完成，與液態(tài)相比，安全性和性能都會提高。

正負極材料的改善這里面有個問題就是，當固態(tài)電解質與正極混合在一起時，與液態(tài)相比是否可以讓鋰離子更加順暢地移動。因此就要改善原有的石墨負極。在容量增大的情況下，假如仍采用石墨負極，厚度就會新增，因此只有降低負極的厚度才能夠提高能量密度。為了解決這個問題，目前主流的研究就是采用鋰金屬負極，三星在前段時間發(fā)表的論文中說到采用銀-碳納米粒子復合層（參考：三星在lt自然gt公布的全固態(tài)電池技術）。所以，固態(tài)電池除了固態(tài)電解質的部分外，負極也要改善為鋰金屬負極或是某種復合層材料。

我們再了解下有關改善離子移動的內容。如圖紅色代表正極，黃色為全固態(tài)粒子。我們會看到粒子之間的接觸面不是特別多，所以會添加幫助離子傳導更加順暢的的物質（黑色）。

正極部分也是要改善的，正極材料可能會在現(xiàn)有的NCM或NCA材料上新增涂層有助于離子移動的材料（綠色），或者要硫鋰等新的正極材料。這部分的開發(fā)也要經過上面提到過的固態(tài)電解質相同，要投入大量的測試的人力和設備。液態(tài)電解質電池的極板要經過焊接工序，但固態(tài)電池卻無法采用焊接工藝。而且正負極之間的界限較模糊，這部分就要新的工序。

如圖所示，可能會將正負極材料、電解質以粉末狀態(tài)加入，然后采用高溫加壓的方式。采用這種方式可能會存在固態(tài)電解質在極板內無法均勻分布的問題。所以在制造了負極和電解質后，再經過層壓，然后將正極材料噴灑在上面使其得以均勻分布；或者采用涂層的方式，以非常薄的厚度將正極、電解質、負極這樣堆疊。越接近左邊，所需的工藝就越難。所以這部分也要看究竟制造工藝可以達到什么精度，制造成本當然也會隨之新增。假如采用類似半導體的沉積法工藝或許是可行的，但那就會大幅新增制造成本了，也會成為批量生產的攔阻。因此，制造工藝及設備的選擇也是一個很重要的因素。

固態(tài)電池是下一波浪潮的關鍵

此外，在最終“上車”之前，還要考慮電芯成組、電池包的問題。固態(tài)電池的電池包結構可能會更加簡單一些。因為固態(tài)電池的特性本身就是體積小、安全性高。與現(xiàn)有的三元鋰離子電池相比，電池包的制造成本將會更低。目前，在電動汽車中電芯所占的成本比重約為30%，那么到了固態(tài)電池時代這個比重可能會更高。因此誰掌握了固態(tài)電池技術那么就真的會在電動汽車市場有更大的話語權，所以我們也就能理解像大眾這樣的公司會斥巨資提前布局在固態(tài)電池上。

那么到底誰會率先進入固態(tài)電池的量產呢？最近豐田和松下成立了電池合資公司。從松下的立場來看，他們雖仍舊與特斯拉在Nevada保持著穩(wěn)定的關系，但其實本質上并沒有進一步擴大業(yè)務范圍。松下轉去與豐田合作，這在之前也提到過，或許是現(xiàn)有的電池技術很難再進一步降低成本，讓松下確保營業(yè)利潤最近LG化學也曾公開表示，和特斯拉的交易并沒能達到理想的利潤。因此，我們保守預測一下，松下與豐田是否會聯(lián)手率先將固態(tài)電池推向量產呢？

目前超小型的固態(tài)電池已經開始進入商用了。村田推出了采用氧化物陶瓷電解質的1cm大小的固態(tài)電池。但目前只能用在特殊領域，首先可能進入手機市場。因此三星電子正在開發(fā)的全固態(tài)電池就非常有意義，因為三星可能首先推出搭載了固態(tài)電池的手機。

另外還有我國也是一個很有希望的市場，清陶等公司都在開發(fā)固態(tài)電池。此外，這次大眾投資QuantumScape可能會成為整個固態(tài)電池技術發(fā)展的催化劑。

目前動力鋰電池市場的方向是NCM712、NCM811、NCMA，也是特斯拉、寧德、LG化學等在主導的市場。因此，像三星SDI和大眾等沒有在這次競爭中卡位成功的公司，很可能打算彎道超車直接在固態(tài)電池上發(fā)力。在未來的2-3年間，假如特斯拉們通過持續(xù)不斷地降低成本來確保利潤時，其他沒趕上這波的公司們再把握不住下一波的固態(tài)電池，很可能就徹底失去在電動汽車市場上的競爭力了。因此，固態(tài)電池技術真是變得越來越重要。

目前在動力鋰電池領域，其實利用現(xiàn)有的技術已經完全可以確保足夠的續(xù)航了?，F(xiàn)階段各家重要是為了確保營業(yè)利潤，正在展開激烈的成本競爭。最具代表性的就是寧德和比亞迪開始在LFP上尋求突破，LG化學也率先采用了NCM712，他們也是在產量擴張上最積極的公司，因為只有同一款技術可能至少要經過2-3年才能把成本降到足夠低，確保利潤空間。相反，三星SDI、大眾、松下、豐田等公司態(tài)度可能略為不同，他們或許認為目前繼續(xù)在現(xiàn)有技術上新增投資，會很難確保足夠的利潤，認為存在著一定風險。所以說，他們采取了想要通過固態(tài)電池技術，重新奪回主導權的戰(zhàn)略。