車東西（公眾號：chedongxi）
文 | Bear
2019年(nian)的(de)(de)諾(nuo)貝爾化(hua)學獎花落鋰電(dian)池(chi)(chi)領域，一時間(jian)，鋰離(li)子電(dian)池(chi)(chi)這一驅動信(xin)息化(hua)社會的(de)(de)基礎元件(jian)成為了(le)人們關注的(de)(de)焦點。“鋰電(dian)之父”古迪(di)納夫也成為媒體熱議的(de)(de)話題，時年(nian)97歲的(de)(de)他仍然奮斗在研發(fa)的(de)(de)一線，并(bing)在三年(nian)前(qian)開發(fa)出了(le)全(quan)球首個全(quan)固態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)鋰電(dian)池(chi)(chi)。
▲“鋰電之(zhi)父”約翰·B·古迪納(na)夫(fu)
這類電(dian)(dian)池以固態(tai)電(dian)(dian)解質取(qu)代了傳統鋰離子電(dian)(dian)池的有機(ji)液態(tai)電(dian)(dian)解質，能量密度達到了普(pu)通鋰電(dian)(dian)池的三(san)倍(bei)，并擁有1200次(ci)的完整充放電(dian)(dian)循(xun)環。這一技術將有望應(ying)用(yong)于電(dian)(dian)動汽車上(shang)，徹底(di)解決電(dian)(dian)動汽車的續航焦(jiao)慮(lv)。
事實上，自(zi)誕生之初，這一(yi)電(dian)池(chi)(chi)體系(xi)就(jiu)以安(an)全性、穩定性著稱。隨著2016年無機硫化物材料的(de)(de)發現，固(gu)(gu)態(tai)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)離子電(dian)導率以及電(dian)化學窗口取得突破性的(de)(de)進展，這一(yi)產(chan)品(pin)的(de)(de)應(ying)用前景從精密傳感(gan)器等小(xiao)眾市場(chang)一(yi)下子拓展到了電(dian)動汽車、消費電(dian)子等大范圍的(de)(de)應(ying)用領域。有學者認為，固(gu)(gu)態(tai)電(dian)池(chi)(chi)是(shi)目前距離量產(chan)最近的(de)(de)下一(yi)代(dai)電(dian)池(chi)(chi)解(jie)決(jue)方案。
▲鋰(li)電池(chi)技術路(lu)徑演變
不(bu)過，關注(zhu)固態電池(chi)的(de)不(bu)僅僅只有古迪納夫等(deng)學界的(de)大(da)牛。在(zai)汽(qi)車(che)產業，豐(feng)田、寶(bao)馬、本田、日產、現代、大(da)眾等(deng)國際主流車(che)企已(yi)經紛紛開始布局固態電池(chi)領(ling)域，國內長城、比亞(ya)迪、天際汽(qi)車(che)、蔚來汽(qi)車(che)、愛馳汽(qi)車(che)與(yu)眾多(duo)動力電池(chi)供應商也(ye)已(yi)入局，并亮出(chu)了(le)固態電池(chi)的(de)落地時間表。
▲全球車企、供應商固態電(dian)池布(bu)局
目前，固態電(dian)池(chi)共(gong)有(you)聚合物(wu)(wu)電(dian)解質、無機氧化物(wu)(wu)電(dian)解質、無機硫化物(wu)(wu)電(dian)解質三大技術路(lu)(lu)線，各有(you)優缺(que)點。但總體來看(kan)，三條技術路(lu)(lu)線距離量產仍有(you)距離，但其作為電(dian)池(chi)明日(ri)之星(xing)的(de)地位(wei)十分(fen)穩固， 一場爭奪電(dian)動汽車電(dian)池(chi)技術制高點的(de)暗戰(zhan)已然打響。
一、概念奠基于200年前 2017年技術突破迎高潮
固態電池，顧名思義就是以聚合物、無機氧化物或無機硫化物等固態電解質取代有機液態電解質填充電池內部的電池體系。
▲傳統(tong)電(dian)池（左）與固(gu)態電(dian)池（右）結構原理圖(tu)對比
其(qi)工作原理就是在讓鋰(li)離子通(tong)過固態電(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)中的(de)離子通(tong)道移動于正(zheng)負極材料(liao)之間，與電(dian)極交換電(dian)荷(he)，完成(cheng)充放電(dian)過程。由于固態電(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)的(de)理化性質(zhi)(zhi)穩(wen)定(ding)，現階(jie)段的(de)固態電(dian)池技術，通(tong)常有(you)著優于傳統鋰(li)電(dian)池的(de)能量(liang)密度、安全性與穩(wen)定(ding)性。
固態電池的三大技術特征分別是固態電解質、兼容高能量的正負極以及輕量化的電池系統。
固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)的(de)概念(nian)非常(chang)好了解，傳(chuan)統鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)以液態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)作為(wei)鋰(li)(li)離子(zi)遷移的(de)介質(zhi)，固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)則是(shi)將液態(tai)(tai)的(de)電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)替換(huan)為(wei)固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)材料。可(ke)以認為(wei)，固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)是(shi)固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)核(he)心，而固(gu)(gu)態(tai)(tai)電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)目前(qian)有分為(wei)聚(ju)合物(wu)、無(wu)機氧化(hua)物(wu)與無(wu)機硫化(hua)物(wu)三(san)種類型。
對比傳統的(de)液(ye)態(tai)電解質(zhi)，固態(tai)電解質(zhi)高溫(wen)狀態(tai)下性質(zhi)穩定，不易(yi)燃，且(qie)能(neng)夠(gou)有效防止大功(gong)率放電形(xing)成(cheng)的(de)鋰(li)晶(jing)枝刺穿隔膜造(zao)成(cheng)電極(ji)短路，可以說是液(ye)態(tai)電解質(zhi)的(de)理想(xiang)替代品。
不僅如(ru)此(ci)，固態(tai)電(dian)池還擁有(you)(you)更高(gao)(gao)的(de)電(dian)化學窗口，可以(yi)搭載高(gao)(gao)壓正(zheng)負極材料(liao)而(er)不用擔心電(dian)解(jie)質會因為高(gao)(gao)電(dian)壓產生氧化（液(ye)態(tai)電(dian)解(jie)質會有(you)(you)這樣的(de)副作(zuo)用）。
▲固(gu)態電池可采用(yong)先串聯(lian)(lian)后并聯(lian)(lian)的組裝方式
此外，由于固態(tai)電池電芯內部不含液體，可以實現先串聯后并聯組(zu)裝(zhuang)的(de)方式，減輕了電池PACK的(de)重量；固態(tai)電池性質穩(wen)定的(de)特(te)點，也(ye)可以省(sheng)去動(dong)力電池內部的(de)溫控元件，進(jin)一步實現動(dong)力電池的(de)減重。
有一點需要注意的是，固態電池其實并非最新的技術體系，深究其概念奠基的起點，甚至遠遠早于當前主流電池——鋰離子電池的形成。
固態電池概念奠基的起點可以追溯到19世(shi)紀(ji)上半葉，當時熱力學定(ding)律仍(reng)在摸索之中，沒有(you)人知道晶(jing)體(ti)的周期(qi)性(xing)結構，距離點無序、熵增熵減等概念的形(xing)成還有(you)近(jin)一個世(shi)紀(ji)的路要(yao)走(zou)，當時的主流科(ke)學界甚(shen)至不(bu)承認原子(zi)與離子(zi)的存在。
就是在(zai)這(zhe)樣的(de)電(dian)(dian)學(xue)理論與大環境均(jun)不成(cheng)熟的(de)時代(dai)，被冠以“天(tian)才”之名的(de)邁克爾·法拉第發現了液體(ti)與固體(ti)中離(li)子的(de)移動現象，并通(tong)過(guo)這(zhe)一現象發現了電(dian)(dian)荷通(tong)過(guo)電(dian)(dian)解質的(de)通(tong)道(dao)，以及電(dian)(dian)解過(guo)程中釋放的(de)離(li)子與電(dian)(dian)極交換電(dian)(dian)荷的(de)能力。這(zhe)一發現，為后(hou)來(lai)的(de)電(dian)(dian)化學(xue)與固態離(li)子學(xue)奠定了基(ji)礎。
▲電化學奠基人邁克爾·法拉第
他曾對固態電解質導電的(de)(de)現(xian)象進行記(ji)錄：“我曾發(fa)現(xian)硫化(hua)銀的(de)(de)離子(zi)電導率在(zai)加(jia)熱之(zhi)(zhi)后會迅速上升，在(zai)此(ci)之(zhi)(zhi)后，我又(you)發(fa)現(xian)了一種具有相同屬性的(de)(de)物(wu)質：氟化(hua)鉛。當其冷卻時，這兩種物(wu)質并(bing)不能(neng)起到電流的(de)(de)傳導作用(yong)，不過一旦(dan)溫度上升，它們就(jiu)會變成(cheng)電的(de)(de)良導體，甚至(zhi)可以在(zai)固態的(de)(de)條件(jian)下(xia)將其點燃。”
這樣的(de)記錄極(ji)大(da)地啟發了后(hou)世對于固(gu)態(tai)(tai)電(dian)池的(de)研究，在20世紀(ji)50年代(dai)后(hou)固(gu)態(tai)(tai)電(dian)池迎來研發熱潮的(de)時候，曾有(you)研究人員(yuan)指出：“這是迄今為止，有(you)記錄的(de)最早的(de)有(you)關于固(gu)態(tai)(tai)電(dian)解質(zhi)從弱導電(dian)態(tai)(tai)過渡到導電(dian)態(tai)(tai)的(de)觀察結果。”
不過(guo)即(ji)(ji)便如此(ci)，固(gu)(gu)(gu)態電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)研(yan)發也沒有因為奠基時間(jian)早(zao)而一番風順，早(zao)期(qi)固(gu)(gu)(gu)態電(dian)(dian)解質的(de)物理與化(hua)學(xue)性(xing)質決定了其低能(neng)量密度(du)、低電(dian)(dian)壓以及高電(dian)(dian)阻的(de)特性(xing)。即(ji)(ji)使是在(zai)20世紀90年(nian)代對(dui)材料進行(xing)改良(liang)之后(hou)，固(gu)(gu)(gu)態電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)也依然只能(neng)打造成薄膜類電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，應(ying)用于精密傳感器等高端(duan)領(ling)域，難以真正(zheng)實現普及。而固(gu)(gu)(gu)態電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)“后(hou)輩(bei)”們——鉛(qian)酸電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)、鎳氫電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)、鋰離子電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)則開始在(zai)各個(ge)領(ling)域活躍。
直到2016年，日本科學(xue)家Yuki Kato與(yu)Ryoji Kanno發現(xian)了兩種具有高離子電(dian)導(dao)率與(yu)高穩定性(xing)新型鋰基超(chao)離子導(dao)體(ti)材料(liao)，固態電(dian)池才重新成為學(xue)界與(yu)業(ye)界的研究焦點。
而后在2017年，“鋰(li)電之(zhi)父”古(gu)迪(di)納夫(fu)所帶領的(de)工程(cheng)師團隊發明了玻璃電解質材料，研(yan)發出了全球首(shou)個全固態電解質鋰(li)電池。填充玻璃電解質解決了固態電池電解質與電極(ji)界(jie)面高電阻、離子(zi)電導率低的(de)問(wen)題(ti)，甚至擁有比液態電解質更好的(de)離子(zi)電導率。
▲“鋰電之父”約翰·B·古迪納夫
這(zhe)一(yi)特性(xing)使其(qi)能夠實現(xian)比現(xian)階(jie)段鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)高三(san)倍的(de)能量(liang)密度，并擁(yong)有1200次的(de)完整(zheng)充放電(dian)(dian)循環。同時由于移(yi)除(chu)了(le)有機液態電(dian)(dian)解(jie)液，該(gai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)將(jiang)不(bu)會有燃燒的(de)風險(xian)，安全性(xing)與(yu)穩定性(xing)更勝傳(chuan)統鋰(li)離子電(dian)(dian)池(chi)(chi)一(yi)籌，這(zhe)些優(you)勢使得固(gu)態電(dian)(dian)池(chi)(chi)具備了(le)成為下一(yi)代電(dian)(dian)動汽車(che)動力電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)主流選擇。
不(bu)過需要指出(chu)的是，雖然現(xian)階段固(gu)態(tai)電(dian)池(chi)(chi)在技(ji)術指標上領先于三元(yuan)鋰(li)電(dian)池(chi)(chi)，但這一技(ji)術路線(xian)目前仍(reng)然面臨著整體成本高(gao)、技(ji)術有待驗證等問題，可以(yi)認為仍(reng)然處于產業早期的發展階段。
▲固(gu)態(tai)電池與三(san)元鋰電池各項指標(biao)對(dui)比情(qing)況
從(cong)行業(ye)應(ying)用來看，目前(qian)真正進(jin)入落地(di)階段且具有商業(ye)價值的(de)(de)，只(zhi)有應(ying)用于精密傳感器(qi)領(ling)域的(de)(de)薄膜類固(gu)態(tai)電(dian)池。此(ci)前(qian)，曾(ceng)有行業(ye)分析(xi)師認(ren)為，固(gu)態(tai)電(dian)池相對于大盤而言只(zhi)是一個(ge)(ge)利基市(shi)場（相對小(xiao)眾(zhong)）。除非(fei)取得技術上的(de)(de)飛躍式進(jin)展，否(fou)則到2025年，整個(ge)(ge)電(dian)池市(shi)場規模達到2000億美(mei)元(yuan)(yuan)的(de)(de)時候(hou)，固(gu)態(tai)電(dian)池的(de)(de)市(shi)場規模僅有70億美(mei)元(yuan)(yuan)。
不過，眾(zhong)多(duo)押寶固態(tai)電(dian)池(chi)的(de)車(che)企(qi)顯(xian)然是相信(xin)固態(tai)電(dian)池(chi)技術(shu)將會迎(ying)來飛躍式突破的(de)。自2012年豐田(tian)正式宣布在(zai)固態(tai)電(dian)池(chi)領域取(qu)得研(yan)究成果之后，寶馬(ma)、本(ben)田(tian)、日產、現代(dai)、大眾(zhong)等國際車(che)企(qi)以及國內長城(cheng)、比亞迪、天(tian)際汽車(che)、蔚來汽車(che)、愛(ai)馳汽車(che)等車(che)企(qi)紛紛宣布自身的(de)固態(tai)電(dian)池(chi)布局。
在車企規劃的時間表中，2020年開始，固態電池將會初步投入使用。而到2025年，固態電池的能量密度將會攀升到一定程度，同時成本大幅下落，從高端產品向低端產品普及。從這一時間表來看，固態動力電池的風口將會很快到來。
二、豐田已暗中研發10年 現代寶馬福特全部入局
國際車(che)企在固態(tai)(tai)電池(chi)上(shang)的(de)研(yan)發(fa)起(qi)點相(xiang)對(dui)較早，最早入局的(de)豐田在2008年就與固態(tai)(tai)電池(chi)創企伊利卡（Ilika）展開了(le)合作，并于(yu)2012年公(gong)布了(le)研(yan)發(fa)成果。而在2016年新型固態(tai)(tai)電解(jie)質(zhi)材料(liao)發(fa)現之后，寶馬、本(ben)田、日(ri)產、現代、大眾等(deng)車(che)企巨頭紛紛宣布開始(shi)固態(tai)(tai)電池(chi)研(yan)發(fa)，并將落地(di)時間定在了(le)2020年-2030年之間。
▲國際車(che)企布(bu)局固態電池情況
1、豐田2008年開始研發固態電池 預計2020年初上車
在固態電池領(ling)域，豐(feng)田一直是這一路線(xian)的忠(zhong)實支持者。
2008年，特斯拉首款“量產”車型(xing)Roadster剛剛下線，電(dian)動化浪潮還未席卷(juan)全球之時(shi)，豐(feng)田(tian)就開(kai)始(shi)了固態電(dian)池的研(yan)發。
2008年2月，豐(feng)田與南安普頓大學孵化(hua)出(chu)的(de)(de)初創公(gong)司伊利(li)卡（Ilika）達成合作，共(gong)同進行固態(tai)電池材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)研發(fa)。雙(shuang)方的(de)(de)愿景，是使用(yong)導電陶瓷材(cai)(cai)料(liao)來替代鋰離子電池中的(de)(de)易燃液態(tai)電解質。
▲豐田與固(gu)態電池創企ilika合作
六年(nian)之(zhi)后，在(zai)2014年(nian)日本東(dong)京舉辦《汽車(che)世界(jie)》期刊會議(yi)上(shang)，豐田汽車(che)詳細介(jie)紹了其與伊利(li)卡（Ilika）在(zai)固(gu)體電池(chi)合作上(shang)的進展。
當時，豐田汽車負責固態(tai)電(dian)(dian)池業(ye)務的(de)高(gao)級執行(xing)董事(shi)奧田平(ping)（Soichiro Okudaira）表示：“豐田已經(jing)研發出了能量(liang)(liang)密(mi)(mi)度(du)400Wh/L（“Wh/L”是(shi)電(dian)(dian)池能量(liang)(liang)密(mi)(mi)度(du)的(de)另一種單位，由于材料密(mi)(mi)度(du)不(bu)同，難以與“Wh/kg”直接換算）的(de)固態(tai)電(dian)(dian)池，比同時期(qi)的(de)鋰離子電(dian)(dian)池能量(liang)(liang)密(mi)(mi)度(du)高(gao)出約1/3。”
與此(ci)同時(shi)，豐田的(de)(de)工程師表示，固態電(dian)池(chi)的(de)(de)潛力遠不止于(yu)此(ci)。到2025年，豐田將會把固態電(dian)池(chi)的(de)(de)能量密度提升(sheng)到600-700Wh/L，能夠為電(dian)動汽車(che)提供約1000公里的(de)(de)續(xu)航里程。
隨后，豐田又在(zai)2017年與(yu)“老朋(peng)友”松下展開合作，共同研發下一代技術更加成熟的固(gu)態電池。據路透社報道，豐田預計在(zai)2020年初推出搭載固(gu)態電池的純電動汽車(che)。
2、本田日產聯手“老大哥”豐田 組建日本固態電池“國家隊”
豐田那邊如火(huo)如荼地(di)研發固態動力電(dian)(dian)池，本(ben)田日產也在2017年紛紛宣(xuan)布自研動力電(dian)(dian)池。但在動力電(dian)(dian)池這樣高技(ji)術(shu)壁壘的行業，本(ben)田日產的起(qi)步(bu)已經較為落后，他們要如何逆轉這樣的局面(mian)呢？
2018年，本田、日(ri)產聯手豐田、松下(xia)、湯淺以及日(ri)本三(san)大化工集團成立了”鋰電(dian)池技術與評估中心(xin)（Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center)”，簡稱(cheng)”Libtec”，以聯盟的(de)形式開(kai)展固態(tai)電(dian)池的(de)研(yan)發。
▲日本成立鋰電池技術與評估中心(xin)
彼時日(ri)本(ben)動力電池產(chan)(chan)業市場份額在全球范圍內呈(cheng)下滑態勢，日(ri)本(ben)政府也(ye)極(ji)力促成(cheng)Libtec的成(cheng)立(li)，并為這一聯盟(meng)投資(zi)了(le)16億(yi)日(ri)元。就這樣，本(ben)田(tian)與日(ri)產(chan)(chan)也(ye)搭上了(le)豐田(tian)的大船(chuan)。
據了解，Libtec的(de)目標是(shi)在短期內推(tui)(tui)出(chu)(chu)支持550公里(li)綜(zong)(zong)合續航電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)的(de)固態動(dong)力(li)電(dian)池(chi)，而(er)到2030年，將會推(tui)(tui)出(chu)(chu)支持800公里(li)綜(zong)(zong)合續航電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)的(de)固態電(dian)池(chi)。并且，由于固態電(dian)池(chi)支持大(da)功率(lv)充放電(dian)，電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)(che)的(de)充電(dian)速度也將得到大(da)幅提升。
3、現代、寶馬、福特投資固態電池初創公司Solid Power
與(yu)日本汽車(che)產業(ye)抱團取暖(nuan)的思(si)路不(bu)同(tong)，寶馬(ma)、現代、福特(te)三家車(che)企(qi)看(kan)中了同(tong)一家固態電池(chi)初創公司——Solid Power。
三家車企分別(bie)在2017年(nian)、2018年(nian)、2019年(nian)宣布投資(zi)這家分離自科羅拉多大學博爾德分校的初創公(gong)司(si)，不過(guo)他(ta)們并未透露向Solid Power投資(zi)的金額。其中(zhong)，只有寶(bao)馬宣布會(hui)在2026年(nian)量(liang)產搭載固態電池的電動汽車。
據(ju)electrek報道，Solid Power在2018年完(wan)成(cheng)了2000萬(wan)美元(yuan)的A輪融(rong)資(zi)，并(bing)在固態(tai)電(dian)池鋰(li)離(li)子(zi)陽極技術上獲得了突破。該(gai)公司(si)表示，目前其生產的樣(yang)品的能量密度要(yao)比(bi)普通的三元(yuan)鋰(li)電(dian)池能量密度高(gao)50%，并(bing)且支持目前行業通用的卷(juan)對(dui)卷(juan)生產工藝。
4、大眾投資斯坦福大學背景創企QuantumScape
大眾也在(zai)2018年6月宣布投資(zi)斯坦福大學的固(gu)態動力電池(chi)初創公(gong)司QuantumScape，投資(zi)金額為1億美元(yuan)。交換條件(jian)是成為該公(gong)司的最大股東(dong)，并在(zai)董(dong)事會成員中占有席(xi)位，雙(shuang)方合作(zuo)開(kai)發適用于大眾車型(xing)的固(gu)態電池(chi)。
據了解，QuantumScape成立于2010年，總部位于加利(li)(li)福尼亞州圣何塞，擁有(you)約200項固(gu)態電池技術專利(li)(li)和專利(li)(li)申請，深厚的專業知識正(zheng)是大眾看中(zhong)這家公司的原因。
大眾(zhong)的官方新(xin)聞(wen)宣稱，QuantumScape的固態電池(chi)能夠使e-golf的綜合續航里(li)程從300公(gong)里(li)提(ti)升到(dao)750公(gong)里(li)，并且大眾(zhong)已經對QuantumScape的電池(chi)樣品進(jin)行了測試(shi)，推(tui)測測試(shi)對象為此(ci)前搭載了固態電池(chi)的PB18 e-tron純電動(dong)超(chao)跑(pao)。
雙方共同的(de)目標是(shi)使得固(gu)態(tai)電(dian)池(chi)真正能夠應用(yong)于汽車(che)工業領域，并預計(ji)在2025年建成一條為電(dian)動(dong)汽車(che)生產(chan)固(gu)態(tai)電(dian)池(chi)的(de)生產(chan)線。
5、雷諾日產三菱聯盟投資美國固態電池公司Ionic Materials
投資固(gu)態(tai)電池(chi)企(qi)業這件事當然也(ye)少(shao)不了(le)對(dui)新興技術充滿熱情(qing)的雷諾日產三菱聯(lian)盟(meng)，這一聯(lian)盟(meng)成立的初衷就不光是為了(le)互相提振(zhen)三家車企(qi)的銷量，而(er)是通過交叉持股的方式形成強合(he)作關系(xi)來提升整個聯(lian)盟(meng)的競爭(zheng)力(li)。
2018年年初，雷(lei)諾日產(chan)三菱聯盟(meng)成立(li)10億美元的(de)(de)產(chan)業(ye)基金“聯盟(meng)風投”（Alliance Ventures），投資的(de)(de)第一個(ge)項目就是(shi)美國電池公司Ionic Materials，據了解，這家公司的(de)(de)主要研發(fa)方向為(wei)開發(fa)可用于電動汽車的(de)(de)無(wu)鈷(gu)固(gu)態(tai)電池。
據了(le)解(jie)，目前(qian)雷諾日產(chan)三菱聯(lian)盟與Ionic Materials的合作(zuo)已經取(qu)得了(le)一(yi)定的進展，今年(nian)(nian)年(nian)(nian)底，Ionic Materials的固態電池(chi)將(jiang)會(hui)交予OEM進行驗證，預計在2025年(nian)(nian)投入量(liang)產(chan)。
除了(le)豐田早(zao)早(zao)將(jiang)固(gu)態電(dian)池作為自家(jia)電(dian)動(dong)汽(qi)車的動(dong)力電(dian)池方向之(zhi)外(wai)，國際車企(qi)大(da)多選擇了(le)在(zai)2017年左右涌入固(gu)態電(dian)池產(chan)業，這與固(gu)態電(dian)池的電(dian)解(jie)質材(cai)料在(zai)2016年-2017年間取(qu)得(de)突(tu)破性進展(zhan)脫(tuo)不了(le)關(guan)系。
在產業(ye)布局方(fang)面，日系車(che)企(qi)與日本的動力(li)電(dian)池(chi)、化工(gong)企(qi)業(ye)形成(cheng)了(le)(le)抱團之勢，試圖搶占固態(tai)電(dian)池(chi)的落地先機(ji)。歐(ou)美韓系車(che)企(qi)則主(zhu)要采取投資初創公司的方(fang)式，來增強自(zi)身(shen)在固態(tai)電(dian)池(chi)領(ling)域(yu)的技(ji)術儲備，不(bu)同(tong)的玩(wan)家形成(cheng)了(le)(le)不(bu)同(tong)的打法。
三、北汽、比亞迪帶頭布局固態電池 蔚來、天際積極跟進
國際車企扎堆布(bu)局固(gu)態電池，但國內車企對(dui)于固(gu)態電池的布(bu)局卻顯(xian)得有些不急(ji)不緩。
根據(ju)公開資料(liao)整(zheng)理(li)，國(guo)內傳統車企僅有(you)北(bei)汽(qi)(qi)集團與(yu)比亞迪(di)兩家布局(ju)固(gu)(gu)態電池；新造車公司(si)對固(gu)(gu)態電池接受度(du)更(geng)高，蔚來汽(qi)(qi)車、天際汽(qi)(qi)車、愛(ai)馳汽(qi)(qi)車分別(bie)與(yu)臺灣輝能科技(ji)達成合(he)作，共同研(yan)發動(dong)力電池；哪吒(zha)汽(qi)(qi)車也在此前宣布了與(yu)清陶能源(yuan)的合(he)作計劃，SERES也布局(ju)了固(gu)(gu)態電池領域(yu)。
▲國內車企布局固(gu)態電池情況
1、傳統車企：北汽、比亞迪兩大新能源領頭羊對壘
在傳(chuan)統車(che)企(qi)的(de)(de)陣營中，北汽(qi)(qi)(qi)與比亞迪(di)是目前在新能源(yuan)汽(qi)(qi)(qi)車(che)領域(yu)布局較為深(shen)入，并且(qie)銷量最大(da)的(de)(de)兩(liang)家(jia)(jia)車(che)企(qi)。提前將(jiang)電動(dong)化的(de)(de)基因(yin)刻在品牌形(xing)象中，意味(wei)著這兩(liang)家(jia)(jia)車(che)企(qi)在新能源(yuan)汽(qi)(qi)(qi)車(che)領域(yu)必須保有足(zu)夠的(de)(de)技術優勢。因(yin)此，這兩(liang)家(jia)(jia)車(che)企(qi)也是國內最先(xian)布局固(gu)態電池技術的(de)(de)傳(chuan)統車(che)企(qi)。
北汽集團旗下北汽產投于2019年8月完(wan)成了對國內固態電(dian)池創企清(qing)陶能源的投資，雙(shuang)方將在固態鋰電(dian)池的產業化方面合作，但并未(wei)公布具(ju)體的量產落地時間。
▲北汽產投(tou)宣布領投(tou)清(qing)陶能源(yuan)C輪融資
據了(le)解，清(qing)(qing)陶能(neng)源的(de)(de)創始(shi)人團隊來自于清(qing)(qing)華大學，自2002年開始(shi)研發固態(tai)電(dian)池(chi)。2018年11月(yue)，清(qing)(qing)陶能(neng)源的(de)(de)首條固態(tai)電(dian)池(chi)生(sheng)產(chan)(chan)線投產(chan)(chan)，這也是(shi)國內首條投產(chan)(chan)的(de)(de)固態(tai)電(dian)池(chi)生(sheng)產(chan)(chan)線，該公司(si)的(de)(de)固態(tai)電(dian)池(chi)的(de)(de)單體(ti)能(neng)量(liang)密度能(neng)夠達(da)到(dao)400Wh/kg。
北汽(qi)產投此次與中銀投資共同主導的C輪投資并未對外透露金額，但顯而(er)易見的是，這是北汽(qi)集團部署(shu)固態電池(chi)的重要一步(bu)。
與北(bei)汽集團(tuan)靠“買買買”來獲取(qu)技術基礎不同，比(bi)亞迪走的是自(zi)研動力(li)電池的路線，這一前提是比(bi)亞迪在電池領域的深(shen)厚(hou)技術積累(lei)。
2016年，比亞迪(di)就確定將(jiang)固態(tai)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)下一代動(dong)力電(dian)池(chi)的發(fa)(fa)展路(lu)線，隨(sui)后，比亞迪(di)申請了一種(zhong)全固態(tai)鋰離子電(dian)池(chi)及其(qi)正極(ji)復(fu)合材料的發(fa)(fa)明專利。2018年，比亞迪(di)再(zai)次(ci)確認將(jiang)固態(tai)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)發(fa)(fa)展重點，并著(zhu)手推動(dong)固態(tai)電(dian)池(chi)的產業化研發(fa)(fa)。
據(ju)了解，比亞迪將(jiang)會(hui)在未來5-10年內推出固態動力(li)電池產品，并將(jiang)其應用在新能源汽(qi)車上(shang)。
2、新造車公司：蔚來、天際、愛馳、哪吒已入局
新造車(che)公(gong)司也(ye)被固態(tai)電池(chi)(chi)技(ji)術(shu)吸引入(ru)局，目前，天際汽(qi)車(che)、蔚來汽(qi)車(che)與(yu)愛馳汽(qi)車(che)已(yi)經(jing)先后與(yu)臺(tai)灣電池(chi)(chi)公(gong)司輝能科(ke)技(ji)達成合作。哪吒汽(qi)車(che)則(ze)選擇了與(yu)北汽(qi)集團相同固態(tai)電池(chi)(chi)公(gong)司——清陶能源(yuan)。
在今年4月的(de)上海車(che)展期間(jian)，天際(ji)汽車(che)展出了(le)(le)搭載固態電池的(de)天際(ji)ME7樣(yang)車(che)，吸(xi)引了(le)(le)眾多好奇的(de)目(mu)光。隨(sui)后不久，該公司便宣布了(le)(le)與輝能科(ke)技的(de)合作事(shi)宜(yi)。據了(le)(le)解(jie)，該公司在2018年就量產了(le)(le)450Wh/L的(de)固態電池。
▲天際汽車與輝能科技簽訂合作協議
不過需要指出的(de)是，該(gai)公司所采用的(de)方案(an)是目前久違成熟(shu)的(de)無機(ji)氧(yang)化物固(gu)態電解質方案(an)，雖然(ran)技術(shu)路(lu)線較為成熟(shu)，但這一路(lu)線固(gu)態電池的(de)性能(neng)潛力較為有限。
不過(guo)作為(wei)(wei)國內為(wei)(wei)數不多的能夠量(liang)產固態(tai)電(dian)池(chi)的企(qi)業(ye)，輝能科(ke)技也吸(xi)引了(le)另(ling)外兩家新(xin)造車(che)公司——蔚(yu)來汽(qi)車(che)與愛馳汽(qi)車(che)。這兩家公司分別在9月底與輝能科(ke)技達成了(le)合(he)(he)作，輝能科(ke)技將以自主研發的高(gao)電(dian)壓鋰(li)陶瓷(ci)電(dian)池(chi)為(wei)(wei)基礎，分別與蔚(yu)來汽(qi)車(che)、愛馳汽(qi)車(che)展(zhan)開合(he)(he)作，開發輝能MAB固態(tai)電(dian)池(chi)包。
另一家新(xin)造車公司，哪吒汽(qi)(qi)(qi)車則是在2019年10月(yue)與清陶能源達(da)成了(le)合(he)作(zuo)，選(xuan)擇(ze)相信國內新(xin)能源汽(qi)(qi)(qi)車領(ling)頭羊北汽(qi)(qi)(qi)的眼光。
綜合國(guo)內整車廠的固態電(dian)池研發情(qing)況與落(luo)地(di)時間表，我們(men)可以發現一個特點：
國內固態動力電池的(de)研發落(luo)地被分為了三(san)個階段(duan)：
第一階段，2016年-2020年，研發階段；
第二階段，2021年-2025年，初步投入應用；
第三階段，2025年-2030年，大規模量產落地。
屆(jie)時(shi)，大規模量產落地的(de)全固態(tai)電池將能(neng)夠滿足《中國制造(zao)2025》中，對于(yu)2030年國內動力電池密(mi)度(du)達到500Wh/kg的(de)要求。
四、19家國內動力電池公司研發 固態電池還未到量產階段
雖(sui)然國(guo)內(nei)整(zheng)車廠入(ru)局(ju)固態(tai)動(dong)(dong)力(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)市場(chang)的(de)玩家(jia)(jia)較少，不過在動(dong)(dong)力(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)產(chan)業(ye)鏈內(nei)，固態(tai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)已經成為(wei)了(le)兵家(jia)(jia)必爭之地。據了(le)解，目前國(guo)內(nei)包(bao)括寧德(de)時代、比亞迪、贛鋒鋰業(ye)、萬向(xiang)123、輝能科(ke)技、力(li)神電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)、億(yi)緯鋰能在內(nei)的(de)19家(jia)(jia)動(dong)(dong)力(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)公司已開(kai)始固態(tai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)研(yan)發。
▲動(dong)力(li)電(dian)池供(gong)應商布局固態(tai)電(dian)池情(qing)況
國(guo)(guo)內(nei)市場的(de)(de)(de)動力(li)(li)電池(chi)(chi)供(gong)(gong)應(ying)商們(men)從過去動力(li)(li)電池(chi)(chi)的(de)(de)(de)市場份(fen)額爭奪戰(zhan)中，領悟到了誰先入局(ju)，誰就(jiu)可能成長(chang)為(wei)獨角(jiao)獸(shou)的(de)(de)(de)定(ding)律。因此國(guo)(guo)內(nei)動力(li)(li)電池(chi)(chi)供(gong)(gong)應(ying)商對于固(gu)態(tai)電池(chi)(chi)技(ji)術的(de)(de)(de)研(yan)發最為(wei)積極，據不完全統計，共(gong)有19家動力(li)(li)電池(chi)(chi)供(gong)(gong)應(ying)商開(kai)始布局(ju)固(gu)態(tai)動力(li)(li)電池(chi)(chi)技(ji)術研(yan)發，寧德時代、輝能科技(ji)、萬向123等公司的(de)(de)(de)進展目(mu)前較快。
其中(zhong)，寧(ning)德時代(dai)所選(xuan)擇的(de)(de)路線(xian)是(shi)目(mu)前開發潛力最大、難度也最大的(de)(de)硫化物電解(jie)質路線(xian)。2016年10月(yue)，寧(ning)德時代(dai)新能源研究院柳娜博世詳(xiang)細介紹了寧(ning)德時代(dai)在硫化物固態電池領域的(de)(de)研發路徑：
寧(ning)德時代(dai)主(zhu)要以硫(liu)化(hua)物電解(jie)質為主(zhu)要研發方(fang)向，采用正極包覆與(yu)熱(re)壓的方(fang)式來(lai)解(jie)決界面(mian)電阻問題；同時對硫(liu)化(hua)物進行(xing)改性，增(zeng)強其熱(re)穩(wen)定性。但基于理性分析，寧(ning)德時代(dai)表示，目前全固(gu)態(tai)電池距離商業化(hua)仍有(you)一段較長的距離。
輝能(neng)科技與清陶能(neng)源所走的都是無機氧化(hua)物電(dian)(dian)解(jie)質路線，以(yi)此(ci)來(lai)生產非(fei)薄膜型固態(tai)電(dian)(dian)池，這類電(dian)(dian)池的離子電(dian)(dian)導率隨不如硫化(hua)物固態(tai)電(dian)(dian)池，但(dan)也(ye)遠好(hao)于聚合物固態(tai)電(dian)(dian)池。
輝能科技于(yu)(yu)(yu)2013年就實(shi)現了此類固態電池(chi)的(de)(de)量產，但(dan)主要(yao)的(de)(de)應用領域(yu)為(wei)消費(fei)電子領域(yu)，近兩年才轉向汽車(che)動力電池(chi)。由于(yu)(yu)(yu)動力電池(chi)對(dui)于(yu)(yu)(yu)安全性、穩定(ding)性以(yi)及能量密度(du)的(de)(de)要(yao)求更高，因此輝能科技目(mu)前還處于(yu)(yu)(yu)與整車(che)廠(chang)進行產品(pin)驗證的(de)(de)階段。
萬向(xiang)123的打法與(yu)前兩者稍有不同，該公(gong)司主要采取(qu)外(wai)部投資(zi)(zi)與(yu)內(nei)部研發并舉的策略。在對(dui)外(wai)投資(zi)(zi)方面(mian)，該公(gong)司先后投資(zi)(zi)了固態電池(chi)(chi)公(gong)司Solid Power以及美國固態電池(chi)(chi)公(gong)司Ionic Materials。
萬向一(yi)二三通過將Ionic Materials研(yan)發的(de)導(dao)電離子(zi)(zi)聚合物與(yu)自家的(de)三元 /石(shi)墨鋰(li)離子(zi)(zi)材料相結合發出了(le)一(yi)款(kuan)具有高(gao)能量密度，高(gao)安全性的(de)全固態電池(chi)，該公(gong)司表示，這一(yi)類型的(de)固態電池(chi)有望在2022年正式(shi)應用于電動汽車產(chan)品。
五、博世、戴森、NGK|NTK跨界進入固態電池產業
事實上(shang)，除了上(shang)述被提及的整車廠、動(dong)力電池(chi)供應(ying)(ying)商(shang)之外，還有零部(bu)件供應(ying)(ying)商(shang)以及其他(ta)領域的玩家跨界進入了固態動(dong)力電池(chi)領域。
▲跨界供應商(shang)固態電池布局情況
其中(zhong)最(zui)具代(dai)表(biao)性(xing)的就是(shi)博世(shi)、戴森(sen)以及日本火花(hua)塞制造商NGK三家公司。
2017年固態電(dian)池(chi)(chi)的研發(fa)熱潮(chao)興起之時，博世曾(ceng)經收購固態電(dian)池(chi)(chi)初創(chuang)公司Seeo，并曾(ceng)表示將會在(zai)2020年之前(qian)推(tui)出總體能量密度超(chao)過(guo)260Wh/kg的固態電(dian)池(chi)(chi)包(bao)。
▲博世此前(qian)對動力電池業務的規劃
2017年(nian)12月，該公司還曾考(kao)慮投(tou)資200億歐元，在2030年(nian)之(zhi)前建立起年(nian)產能200GWh的(de)動力(li)電(dian)(dian)池(chi)工廠，以(yi)此來與松下、LG、寧德(de)時(shi)代等全球一(yi)線(xian)的(de)動力(li)電(dian)(dian)池(chi)供應(ying)商們競(jing)爭。
不(bu)過(guo)很快，在(zai)2018年2月，博(bo)世就宣布(bu)放棄動(dong)力(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)以及固態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)研發(fa)項(xiang)目，并宣布(bu)解散(san)博(bo)世旗下(xia)的(de)動(dong)力(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)合(he)資公司“Lithium Energy and Power GmbH＆Co. KG（LEAP）”，并出售(shou)其固態(tai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)子(zi)公司Seeo。
與此同時，博世在一份聲明中給(gei)出了他們放棄固態電(dian)池(chi)與動力(li)電(dian)池(chi)技術(shu)開發(fa)的(de)原因，主(zhu)要(yao)的(de)理由是(shi)投資風(feng)險過高(gao)，目(mu)前難以判(pan)斷(duan)是(shi)否能給(gei)博世集(ji)團帶來回報。
另一家傳統(tong)汽車(che)產業(ye)零部件供應商NGK|NTK也宣布開始研(yan)發(fa)固態電(dian)池技術(shu)，該公司主營業(ye)務原本為發(fa)動機(ji)火花(hua)塞與氧傳感(gan)(gan)器，但其高級工程(cheng)(cheng)與研(yan)發(fa)總經理Takio認為：“（汽車(che)）行業(ye)在某種程(cheng)(cheng)度(du)上將不(bu)可避免地從內燃(ran)機(ji)轉向(xiang)電(dian)池電(dian)動汽車(che)，最(zui)終導致我們的(de)火花(hua)塞和(he)氧傳感(gan)(gan)器業(ye)務過時。”
▲火花(hua)塞制造商NGK|NTK試生產的固(gu)態電池(chi)樣(yang)品
因此，NGK|NTK在2018年4月宣布將大力研(yan)發固態(tai)電池項目(mu)，該公司表示，他們過(guo)去在先(xian)進陶瓷工藝方面(mian)的專業技(ji)術將為該公司的固態(tai)電池研(yan)發提供技(ji)術基礎。
戴森入(ru)局固態(tai)電(dian)(dian)池(chi)的動機與博世和NGK不同，該公司(si)并(bing)不想成為一家固態(tai)電(dian)(dian)池(chi)供應商，而是想要自己(ji)打造(zao)電(dian)(dian)動汽車。
2015年(nian)，戴森(sen)以9000萬美元(yuan)的價格收購了美國固(gu)態電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)初(chu)創公(gong)司(si)Sakti3，并(bing)在第二(er)年(nian)斥資14億美元(yuan)建(jian)造了固(gu)態電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)工廠。當固(gu)態電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的研發步(bu)入正軌之(zhi)后，戴森(sen)在2017年(nian)正式宣布了進軍(jun)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽車產業(ye)，致力(li)于(yu)打(da)造高端電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽車品牌。
在隨(sui)后的(de)兩年(nian)(nian)里，電動(dong)汽車的(de)浪潮(chao)席(xi)卷(juan)全球(qiu)，但(dan)戴(dai)森并(bing)(bing)沒有如人(ren)們預料地(di)推出電動(dong)汽車的(de)樣品(pin)。時間來到了(le)2019年(nian)(nian)10月10日（北京時間10月11日），當天(tian)凌(ling)晨，戴(dai)森正式宣布放(fang)棄電動(dong)汽車項(xiang)目(mu)，并(bing)(bing)聲(sheng)稱該公司已經研發出了(le)電動(dong)汽車的(de)原型車，但(dan)并(bing)(bing)沒有為(wei)找到該產品(pin)的(de)目(mu)標用(yong)戶。
不(bu)過，根據(ju)戴森公開信中透露(lu)出的信息，戴森公司(si)并沒有(you)打算放棄已(yi)經投入海量資源的固態電池項目(mu)，并將(jiang)繼續推動固態電池的量產與落地。
雖(sui)然跨界的(de)玩家并(bing)不多，但從投入金(jin)額與部(bu)署(shu)力(li)度來看(kan)，傳統汽車零部(bu)件供應商與其他領(ling)域的(de)玩家也(ye)非常看(kan)好(hao)固(gu)態動力(li)電(dian)池(chi)的(de)前景。
六、產業尚處于早期發展階段 三條技術路線并行
盡管眾多整車(che)廠、Tier1、動(dong)力電池(chi)供應商已經涌入固態電池(chi)領域，提前(qian)開(kai)啟了(le)卡位賽模式。但(dan)從第一(yi)部(bu)分對比(bi)過的成本與技術成熟(shu)度的角(jiao)度上來(lai)看，固態電池(chi)仍處于產業的早期發展階段，距(ju)離(li)真正的量產落地還有相當長(chang)的一(yi)段時間。
目前確定搭載固(gu)態(tai)電池并開始量產(chan)的車型(xing)也僅(jin)有奧(ao)迪PB18 e-tron一(yi)款，第(di)一(yi)批只(zhi)生產(chan)50輛(liang)(liang)。據了解，這一(yi)車型(xing)的售價將會(hui)頗為昂貴。其中，恐怕(pa)有一(yi)大(da)部分成本屬(shu)于車輛(liang)(liang)內部的固(gu)態(tai)電池。
▲奧迪PB18 e-tron
據(ju)(ju)了解(jie)，奧(ao)迪(di)的這(zhe)款純電(dian)超跑將會(hui)配置(zhi)800V的高壓電(dian)氣(qi)架(jia)構，在動力方面(mian)，奧(ao)迪(di)PB18 e-tron將會(hui)搭載三電(dian)機動力系統(tong)，與(yu)Quattro全時(shi)(shi)四驅系統(tong)相配合，其(qi)輸出功(gong)(gong)率(lv)可達(da)到(dao)500kW，如果通過增壓，這(zhe)一(yi)功(gong)(gong)率(lv)可以(yi)在一(yi)段時(shi)(shi)間(jian)(jian)內沖到(dao)570kW。而其(qi)高達(da)830N/m的組合扭(niu)矩使(shi)其(qi)0-100km/h的加速(su)時(shi)(shi)間(jian)(jian)縮短到(dao)了2秒以(yi)內，這(zhe)個數據(ju)(ju)已經達(da)到(dao)了目(mu)前勒芒賽(sai)車(che)的水平。據(ju)(ju)外媒報道，這(zhe)款車(che)型的WLTP續(xu)航里程將可能(neng)超過500公里。
顯然(ran)，奧迪在固(gu)態電(dian)(dian)(dian)池上的(de)(de)投資是(shi)值得的(de)(de)，固(gu)態電(dian)(dian)(dian)池將(jiang)擁有遠超(chao)三元鋰電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)充放電(dian)(dian)(dian)功率、循環壽命(ming)以及(ji)輕量化的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池系統，這(zhe)些條件將(jiang)為PB18 e-tron這(zhe)款電(dian)(dian)(dian)動超(chao)跑帶來(lai)一般電(dian)(dian)(dian)動汽車(che)無法媲美的(de)(de)性能。
1、技術難點：固態電解質離子電導率低、高界面阻抗
那么，既(ji)然固態電池能(neng)夠為(wei)電動汽車提(ti)供如此優秀的性能(neng)，為(wei)何(he)沒(mei)有盡(jin)快投入實用呢？
正如文章第(di)一部(bu)分所提到的，固態電解質材(cai)料雖(sui)然在安全性與部(bu)分電化學性能上優于液態電解質，但(dan)由于其固體的形態，也存在著先(xian)天的缺陷。
眾所(suo)周知(zhi)，化學反(fan)應所(suo)選擇的介(jie)質通常會選擇液(ye)體，這是因為(wei)離子在液(ye)態(tai)的物質中更容(rong)易移動，也(ye)更容(rong)易發生反(fan)應。
固態(tai)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)第一大技術難點就是鋰(li)離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)遷移效率(lv)，這直接影響了固態(tai)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)。據(ju)了解(jie)(jie)，目(mu)前絕(jue)大多(duo)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)固態(tai)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)在(zai)10^-7—10^-2 S/cm之間，而目(mu)前三元鋰(li)電(dian)池(chi)所使用的(de)(de)(de)(de)液態(tai)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)為10^-2 S/cm，絕(jue)大多(duo)數(shu)(shu)固態(tai)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)離(li)子(zi)電(dian)導(dao)(dao)率(lv)低于液態(tai)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)，影響了固態(tai)電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)實用性能。
另(ling)一(yi)個問題出在固(gu)態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)與(yu)電(dian)極(ji)的接(jie)觸上，液態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)可以最大限度(du)地與(yu)電(dian)極(ji)保持接(jie)觸，而固(gu)態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)與(yu)電(dian)極(ji)之間很難(nan)做到(dao)完美貼合，如(ru)此一(yi)來，電(dian)極(ji)與(yu)電(dian)解(jie)質(zhi)之間的界面阻抗就會上升，同樣影響固(gu)態(tai)電(dian)池(chi)的實(shi)用性能。
2、三大技術路線：聚合物、無機氧化物、無機硫化物
針對(dui)上(shang)述的(de)技術難(nan)點(dian)，近十年內(nei)，學界與業(ye)界不(bu)斷涌現出新的(de)解決(jue)方案。目前(qian)，已經有三條較(jiao)為成(cheng)熟的(de)技術路線：聚合物(wu)電解質(zhi)、無(wu)(wu)機氧化物(wu)電解質(zhi)以及(ji)無(wu)(wu)機硫化物(wu)電解質(zhi)。
a.聚合物電解質：
材料：聚(ju)(ju)環氧乙烷、聚(ju)(ju)丙烯(xi)(xi)腈、聚(ju)(ju)甲(jia)基丙烯(xi)(xi)酸甲(jia)酯、聚(ju)(ju)氯乙烯(xi)(xi)、聚(ju)(ju)偏(pian)氟(fu)乙烯(xi)(xi)等。
研究公司：寧(ning)德時(shi)代(dai)、Solid Power、Seeo、ionic materials、Bollore集(ji)團子公司BatScap。
使用這(zhe)一電(dian)解質的(de)固態(tai)電(dian)池(chi)率先實現小規模(mo)量(liang)產，技術已(yi)經較(jiao)成熟，易于加(jia)工、電(dian)極界面阻(zu)抗可(ke)控。但其性能(neng)上(shang)(shang)限(xian)較(jiao)低，高溫(wen)條(tiao)件(jian)(jian)下才具備(bei)高離子(zi)電(dian)導(dao)率，室溫(wen)條(tiao)件(jian)(jian)下離子(zi)電(dian)導(dao)率極低。這(zhe)些條(tiao)件(jian)(jian)限(xian)制了(le)聚(ju)合物固態(tai)電(dian)池(chi)的(de)能(neng)量(liang)密度(du)上(shang)(shang)限(xian)，最終能(neng)量(liang)密度(du)很難超過300Wh/kg。
法國博(bo)洛雷公司(si)最先將(jiang)這類固(gu)態電池商業化，2011年12月，該公司(si)將(jiang)搭載30kWh固(gu)態聚(ju)合物電池+雙(shuang)電層電容器動力系(xi)統的(de)電動車推向共享汽車市場，共計(ji)投入(ru)2900輛，設立900座服務(wu)站與近(jin)4500臺充(chong)電樁。服務(wu)用(yong)(yong)戶合計(ji)達到18萬人以上，其(qi)中(zhong)近(jin)4成的(de)約(yue)7萬人為活躍(yue)用(yong)(yong)戶，每天的(de)利用(yong)(yong)次數約(yue)為1.8萬次。
但(dan)早期的(de)(de)技術限制使得(de)該項(xiang)目并不具備大(da)(da)規模(mo)商業化(hua)的(de)(de)價(jia)值，該電(dian)池(chi)(chi)能量密度(du)僅為110Wh/kg，并需要(yao)配(pei)備200W的(de)(de)加熱(re)元件為其加溫。停車(che)時(shi)，該加熱(re)器(qi)也需要(yao)處于工作狀(zhuang)態(tai)，停車(che)時(shi)必須連接充電(dian)器(qi)，電(dian)池(chi)(chi)功率(lv)密度(du)低，使得(de)需要(yao)為緊急起步、緊急加速等(deng)大(da)(da)功率(lv)放點(dian)場景配(pei)備雙電(dian)層電(dian)容器(qi)。如此一(yi)來，這類(lei)聚合物固態(tai)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)實用(yong)價(jia)值就大(da)(da)打(da)折扣(kou)了。
b.無機氧化物電解質：
材料：薄膜型（LiPON）、非薄膜型（LLZO）。
研(yan)究(jiu)公司：Sakti3、Quantum Scape、muRata、TDK、NGK|NTK。
無機氧化物電(dian)解(jie)質對比上述聚合(he)物電(dian)解(jie)質，在室溫下擁有更高的(de)離子電(dian)導率(lv)，但界面阻(zu)(zu)抗也更高。但好在界面阻(zu)(zu)抗可(ke)以采用緩沖層填充等方法來進行規(gui)避，因此這類(lei)固態電(dian)池已經具(ju)備(bei)實用價值，并且(qie)已有產品投入市場。
應用無機氧化物電(dian)解質的固(gu)態電(dian)池(chi)又(you)可以(yi)分為薄(bo)膜型固(gu)態電(dian)池(chi)與非(fei)薄(bo)膜型固(gu)態電(dian)池(chi)。
薄(bo)膜型(xing)固態(tai)電(dian)(dian)(dian)池的(de)優點是(shi)性(xing)能優異，能在50C的(de)工作環(huan)境下，循環(huan)45000次后，仍然保持95%的(de)電(dian)(dian)(dian)池容(rong)(rong)量(liang)(liang)。但缺點是(shi)擴容(rong)(rong)困難，單體薄(bo)膜型(xing)固態(tai)電(dian)(dian)(dian)池的(de)容(rong)(rong)量(liang)(liang)很小，不到mAh級別，對于動力電(dian)(dian)(dian)池所需(xu)的(de)Ah級別，需(xu)要串聯大量(liang)(liang)薄(bo)膜電(dian)(dian)(dian)池來實現，這一過(guo)程會使得(de)固態(tai)電(dian)(dian)(dian)池的(de)生(sheng)產工藝(yi)難度(du)增加，造(zao)價直線飆(biao)升。
對(dui)比之(zhi)下，非薄(bo)膜型固態(tai)電(dian)池的(de)實用性能要高(gao)得多，其離子電(dian)導率略低于(yu)薄(bo)膜型產品，但遠(yuan)高(gao)于(yu)聚合物(wu)體系，且可以生(sheng)產成容量型電(dian)池而非薄(bo)膜型態(tai)，減(jian)少了生(sheng)產成本，是當下中國動(dong)力(li)電(dian)池企業(ye)關注(zhu)的(de)焦點，上文中提到的(de)輝能科技(ji)與(yu)清陶能源都選擇了這條路線。
c.無機硫化物電解質：
材料：Thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS。
研究公(gong)司：豐田、松下、寧德時代(dai)、三星SDI。
這條(tiao)路(lu)(lu)線是目(mu)前三(san)條(tiao)主流路(lu)(lu)線中開發難(nan)度最大、性能潛(qian)力也(ye)最大的一條(tiao)路(lu)(lu)線。
開發(fa)難度大(da)主要是由于該電解質(zhi)材料還(huan)處于研發(fa)的(de)早期(qi)階段，電池產品對(dui)環境十分(fen)敏(min)感，也(ye)存在安全問(wen)題。其(qi)內部的(de)硫化(hua)物電解質(zhi)對(dui)空氣(qi)敏(min)感，容(rong)易氧(yang)化(hua)，遇水(shui)易產生 H2S 等有害氣(qi)體，生產過程需隔絕水(shui)分(fen)和(he)氧(yang)氣(qi)。
而性(xing)能(neng)潛力大則是因為(wei)硫化物電解(jie)質離子電導率能(neng)與液態電解(jie)質媲(pi)美；電化學窗口達(da)到5V以(yi)上，可(ke)滿足快充快放的需求；并且(qie)應用(yong)前景(jing)廣泛(fan)，能(neng)夠用(yong)于電動(dong)汽(qi)車、消費電子等(deng)領域。
因此(ci)，匯(hui)聚在(zai)這(zhe)一條路(lu)線上的(de)(de)幾乎都是(shi)動力電池(chi)(chi)產(chan)業(ye)最(zui)頂尖(jian)的(de)(de)玩家。據(ju)了解(jie)，豐田已經研發出了Ah級(ji)別(bie)的(de)(de)動力電池(chi)(chi)，并制成了較大的(de)(de)電池(chi)(chi)組樣品，寧德時(shi)代也(ye)已對硫化物固態電池(chi)(chi)進行了前(qian)瞻布局，并設計好了工藝路(lu)線。
三條(tiao)路線綜合來(lai)看，聚合物電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)、無(wu)機氧化物電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)、無(wu)機硫化物電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)的性能各(ge)有優(you)劣(lie)，且因為技(ji)術的成熟程度不同，未來(lai)落地的時(shi)間表也(ye)有所(suo)不同。
不過從(cong)車(che)(che)企與動力電(dian)(dian)池公司規(gui)劃(hua)的(de)時間表來看，固態(tai)電(dian)(dian)池的(de)落地(di)(di)節奏(zou)依然(ran)有(you)跡可循。據了解，這一(yi)技(ji)術(shu)最早(zao)將會(hui)在明年小范圍(wei)地(di)(di)量產上(shang)車(che)(che)，早(zao)期(qi)將會(hui)集中配置(zhi)在高端車(che)(che)型上(shang)。真(zhen)正(zheng)大規(gui)模實現(xian)量產落地(di)(di)，在消費級市場(chang)普(pu)及將會(hui)在2025年之后。因此(ci)，目(mu)前(qian)固態(tai)動力電(dian)(dian)池產業仍然(ran)只是車(che)(che)企與動力電(dian)(dian)池供應商的(de)卡位賽，距離(li)落地(di)(di)還有(you)一(yi)段距離(li)。
結語：固態動力電池風口即將到來
固態電(dian)(dian)池(chi)因其高(gao)能量密(mi)度、安全性、穩定(ding)性，被(bei)學界與業界同時認(ren)定(ding)為是下一代動力電(dian)(dian)池(chi)的主(zhu)流路線，豐田、寶馬(ma)、本(ben)田、日產(chan)、現代、大眾等國(guo)際車企與北汽(qi)、比亞迪等自主(zhu)品牌紛(fen)紛(fen)擠進固態電(dian)(dian)池(chi)產(chan)業，提前開(kai)始了卡位(wei)賽。
雖(sui)然固(gu)態電(dian)池(chi)的落地在整車廠、動力電(dian)池(chi)供應(ying)商的時間(jian)表中大多還有(you)(you)3-6年的時間(jian)，但(dan)車企(qi)、供應(ying)商的入局為(wei)這一產業帶(dai)來了資金基礎，固(gu)態電(dian)池(chi)技(ji)術的成熟速度(du)有(you)(you)望(wang)被加快。
尤其(qi)是三(san)條清晰的(de)(de)技術路線為當下產(chan)業內的(de)(de)公(gong)司提(ti)供了明確(que)的(de)(de)研發(fa)路徑的(de)(de)選擇，當三(san)元鋰電(dian)池(chi)再難(nan)滿足電(dian)動汽車的(de)(de)需求時，外部環(huan)境(jing)將(jiang)會(hui)促使固(gu)態電(dian)池(chi)產(chan)業從發(fa)展(zhan)期迅速過(guo)度到成熟期。
綜合入局玩家數量、資(zi)金基礎以及(ji)電(dian)動(dong)汽車產業(ye)(ye)的需(xu)求三點來(lai)看(kan)，固態動(dong)力電(dian)池(chi)產業(ye)(ye)的風(feng)口或許很快(kuai)就會到來(lai)。
