2017年，總部設在加州安納海姆的美國電(diàn)動汽車(chē)公司Fisker發布了一(yī)項剛完成申請的固态锂電(diàn)池專利：充電(diàn)1分(fēn)鍾，續航800公裏。
2017年，總部設在加州安納海姆的美國電(diàn)動汽車(chē)公司Fisker發布了一(yī)項剛完成申請的固态锂電(diàn)池專利：充電(diàn)1分(fēn)鍾，續航800公裏。這個續航表現是特斯拉在2016年發布的Model 3約346公裏續航的2.3倍。創始人Henrik Fisker在接受采訪時信誓旦旦地表示，固态锂電(diàn)池會在2023年量産，價格隻有锂電(diàn)池的三分(fēn)之一(yī)。
這不是Fisker公司第一(yī)次涉足固态電(diàn)池領域，也不是Henrik Fisker第一(yī)次在公衆面前畫“固态電(diàn)池”的餅。2018年，Henrik Fisker表示，公司攻克了固态電(diàn)池難題，最終設計将在數月内公布。2019年，搭載固态電(diàn)池的Fisker跑車(chē)遲遲無法下(xià)線，公司隻能推出搭載液态锂離(lí)子電(diàn)池的普通電(diàn)動車(chē)來堵住愈發猛烈的批評聲。2021年，Henrik Fisker表示，已徹底放(fàng)棄固态電(diàn)池計劃。至此，Fisker公司的全球固态電(diàn)池最速量産夢，徹底宣告破碎。“這是一(yī)種這樣的技術，當你覺得已經完成了90%，幾乎達到目标時，然後你意識到剩下(xià)的10%比前面的90%困難得多。因此現在，我(wǒ)們完全放(fàng)棄了固态電(diàn)池，因爲真的無法落地。”Henrik Fisker說，“我(wǒ)個人認爲，不管是哪種形式的量産，固态電(diàn)池都至少還需要7年。”作爲液态锂離(lí)子電(diàn)池的替代者，固态電(diàn)池的出現與發展具有曆史必然性。相比锂離(lí)子電(diàn)池，固态電(diàn)池安全輕量、成本合理、支持快充，是下(xià)一(yī)代動力電(diàn)池的最佳出路，是根除現有電(diàn)動汽車(chē)續航裏程頑疾的唯一(yī)處方，是電(diàn)動汽車(chē)徹底幹掉燃油車(chē)的鋒利殺手锏。2022年，中(zhōng)國智能電(diàn)動汽車(chē)公司蔚來将在全新車(chē)型ET7上搭載容量爲150度的固液混電(diàn)池包，2022年也因此被劃定爲“固态電(diàn)池上車(chē)元年”。
是期貨畫餅，還是腳踏實地。是熱錢所向，還是黃粱一(yī)夢。答案，就寫在固态電(diàn)池的電(diàn)解質裏。
提起電(diàn)動汽車(chē)，大(dà)部分(fēn)人的第一(yī)反應是：“腿”太短。
這裏的“腿”短，并不暗諷電(diàn)動汽車(chē)四個輪圈尺寸偏小(xiǎo)，而是直截了當地指出現售電(diàn)動汽車(chē)的續航裏程普遍無法覆蓋一(yī)台交通工(gōng)具應能支撐的行駛場景。續航大(dà)幅縮水、半路趴窩、冬天開(kāi)電(diàn)動車(chē)差點被凍僵等駕駛電(diàn)動車(chē)出行時遇見的荒唐問題常見報端。電(diàn)動汽車(chē)續航虛的缺點在寒冷天氣中(zhōng)被幾倍放(fàng)大(dà)的同時，也降低了潛在消費(fèi)者對這種新能源形式的信任阈值。北(běi)汽新能源研究院副院長代康偉曾總結過電(diàn)動車(chē)冬季續航衰減的三大(dà)因素：第一(yī)個困擾是電(diàn)池本身。電(diàn)池作爲一(yī)個化學産品，一(yī)旦溫度低，内部電(diàn)解液會變得黏稠、锂離(lí)子遷移速率變慢(màn)，導緻電(diàn)池活性降低，影響電(diàn)池性能和容量。第二個困擾是空調系統。在燃油車(chē)裏，空調系統依賴發動機餘熱供暖。但電(diàn)動車(chē)沒有發動機，依賴電(diàn)池供暖，消耗巨大(dà)。第三個困擾是低溫導緻傳動系阻力增加。冬天空氣密度和夏天空氣密度不一(yī)樣。冬天空氣密度增大(dà)，導緻風阻變大(dà)，電(diàn)能消耗随之暴增。從電(diàn)動汽車(chē)誕生(shēng)之日起便與之深度捆綁的“裏程焦慮”并沒有因技術進步發生(shēng)太多改變。究其原因，是電(diàn)動汽車(chē)的心髒——動力電(diàn)池至今沒有颠覆性創新出現。1881年，全球第一(yī)台電(diàn)動車(chē)呱呱墜地，42歲的法國電(diàn)氣工(gōng)程師古斯塔夫·特魯夫（Gustave Trouvé）在巴黎國際電(diàn)力科技展上首次展示了它，驅動其前行的是笨重龐大(dà)且危險的鉛酸電(diàn)池。1997年，日後稱霸全球的混合動力汽車(chē)——第一(yī)代豐田普銳斯量産交付，它使用的是由日本松下(xià)制造，重量53.3公斤的鎳氫電(diàn)池組。但在普銳斯席卷全球前，日本索尼公司在1991年成功生(shēng)産出全球首款商(shāng)用锂離(lí)子電(diàn)池。高能量密度和快充友好兩大(dà)特性，讓锂離(lí)子電(diàn)池在消費(fèi)電(diàn)子領域坐上一(yī)飛沖天的噴射器。2008年，特斯拉将锂離(lí)子電(diàn)池裝載在了徹底颠覆百年汽車(chē)行業格局的跑車(chē)Roadster上，一(yī)段屬于锂離(lí)子電(diàn)池的汽車(chē)神話(huà)故事就此寫下(xià)開(kāi)篇。
至今，锂離(lí)子電(diàn)池已完成三次技術代際轉換：钴酸锂正極是第一(yī)代，錳酸锂和磷酸鐵锂是第二代，三元锂是第三代。三代锂離(lí)子電(diàn)池均由四大(dà)部分(fēn)組成：正極、負極、電(diàn)解液與隔膜。
磷酸鐵锂和三元锂是各大(dà)汽車(chē)公司最偏愛的主流配方，前者價格低，穩定安全，但能量密度低且低溫性能差。後者能量密度高，支持快充，但價格高且熱穩定性差。但無論是磷酸鐵锂和三元锂，都将很快面臨兩大(dà)天花闆：能量密度與安全問題。首先，當前液态锂離(lí)子電(diàn)池的能量密度極限約爲280Wh/kg。即便向負極引入矽基合金，也很難突破400Wh/kg的密度上限。工(gōng)信部在《中(zhōng)國制造 2025》中(zhōng)指出：“到2025年、2030年，我(wǒ)國動力電(diàn)池單體(tǐ)能量密度分(fēn)别需達到400Wh/kg、500Wh/kg。”
邁不過能量密度門檻意味着拿不到與能量密度高度挂鈎的新能源補貼，這足以讓普通圈層消費(fèi)者對電(diàn)動汽車(chē)瞬間“下(xià)頭”。其次，液态锂離(lí)子電(diàn)池中(zhōng)具備高度可燃性的液态有機電(diàn)解液被普遍認爲是隐藏在電(diàn)動車(chē)自燃事故頻(pín)發背後的第一(yī)元兇。2019年國家市場監督管理總局召回的3.3萬台新能源汽車(chē)。因動力電(diàn)池問題而召回數量爲6,217台，占新能源汽車(chē)總召回量的18.7%。2020年全年新能源汽車(chē)召回35.7萬台，其中(zhōng)因三電(diàn)系統缺陷召回11.2萬台，占新能源汽車(chē)召回總數量的31.3%。
在中(zhōng)國電(diàn)動汽車(chē)百人會發布的《電(diàn)動汽車(chē)安全報告》中(zhōng)，自燃占國内新能源汽車(chē)起火(huǒ)事故原因的比例高達31%，可燃性液态有機電(diàn)解液一(yī)日不退出曆史舞台，零自燃的百分(fēn)百安全構想就無法達成，電(diàn)動汽車(chē)全面取代燃油汽車(chē)的遠期願景就不會實現。
從2008年特斯拉将液态锂電(diàn)池導入電(diàn)動汽車(chē)領域開(kāi)始計算，傳統液态锂離(lí)子電(diàn)池對動力電(diàn)池市場的全權統治時間超過十年，能量密度、安全需求、續航裏程、成本訴求與液态锂離(lí)子電(diàn)池間的矛盾已不可調和。中(zhōng)科院院士歐陽明高曾公開(kāi)表示，要實現2030年500Wh/kg的能量密度目标，固體(tǐ)電(diàn)解質層面的突破是不得不走的必由之路。固态電(diàn)池，就是這條路上距離(lí)我(wǒ)們最近的裏程碑。爲什麽一(yī)定是固态電(diàn)池？原因有三：第一(yī)，不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液、耐高溫的固态電(diàn)解質取代電(diàn)解液、電(diàn)解質鹽與隔膜，徹底解決可燃性液态有機電(diàn)解液導緻的自燃風險；第二，固态電(diàn)池能量密度高，有很大(dà)希望突破500Wh/kg關口，此舉可将電(diàn)動汽車(chē)續航裏程拉高至800公裏到1000公裏。加之固态電(diàn)池工(gōng)作溫度範圍寬、支持超級快充，是實現“加電(diàn)比加油方便”的最短鍵程。第三，固态電(diàn)池可大(dà)幅爲系統減重。固态電(diàn)池電(diàn)芯内不含液體(tǐ)，可先串聯再封裝。同時因其完全不可燃的特性，BMS溫控組件将不複存在，多措并舉提升續航裏程。從技術緯度分(fēn)析，固态電(diàn)池是下(xià)一(yī)代動力電(diàn)池的最佳出路，是根除現有電(diàn)動汽車(chē)續航裏程頑疾的唯一(yī)處方，是電(diàn)動汽車(chē)幹掉燃油車(chē)的鋒利殺手锏。但在各大(dà)汽車(chē)公司——傳統巨頭也好，新興勢力也罷的落地時間表上，固态電(diàn)池的最早出現時間是2022年第四季度。這時，搭載150度電(diàn)池包、續航超過1000公裏的固态電(diàn)池版蔚來ET7将正式開(kāi)跑。但這似乎可以扛起“固态電(diàn)池”商(shāng)業量産大(dà)旗的150度電(diàn)池包，本質不過是終局技術路線下(xià)的過渡産物(wù)，它有一(yī)個“半成品”式的名字——半固态電(diàn)池。
作爲和電(diàn)動汽車(chē)一(yī)樣嶄新的事物(wù)，固态電(diàn)池得到資(zī)本高度青睐的同時，也在經受着同樣力度的質疑。
其中(zhōng)，最常被大(dà)寫加粗的懷疑角度是：量産進度。這個問題的答案，我(wǒ)們可以從世界各大(dà)知(zhī)名汽車(chē)公司的固态電(diàn)池上車(chē)時間表中(zhōng)一(yī)窺端倪。蔚來是全球汽車(chē)公司中(zhōng)進度最快，且時間先發優勢明顯的“課代表”，150度半固态電(diàn)池包預計将在明年第四季度量産搭載。日本汽車(chē)公司中(zhōng)最快的是豐田，雖然在2020年就已制造出測試原型車(chē)，但真正量産要到2025年。德國汽車(chē)公司目前處于齊頭并進狀态，大(dà)衆集團在2018年向固态電(diàn)池矽谷創業公司QuantumScape注資(zī)1億美元，成爲最大(dà)股東。2020年追加兩億美元。今年，大(dà)衆集團宣布會在2025年使用固态電(diàn)池。
寶馬集團今年向總部位于美國科羅拉多州的固态電(diàn)池創業公司Solid Power投資(zī)1.3億美元，明年開(kāi)始進行固态電(diàn)池原型車(chē)的測試與集成，2025年前推出原型車(chē)，2030年前量産。梅賽德斯-奔馳同樣在今年與固态電(diàn)池創業公司Factorial Energy達成戰略協議，2022年開(kāi)始測試電(diàn)池原型，未來五年内量産上路。這是奔馳與Hydro Quebec合作後，第二次向固态電(diàn)池公司注資(zī)。美國汽車(chē)公司則呈現出鮮明的割裂感，底特律三巨頭之一(yī)的福特集團在2017年投資(zī)Solid Power，明年開(kāi)始測試産品，2025至2030年間進入道路實測。
通用汽車(chē)今年10月宣布在美國密西根州投資(zī)設立新的電(diàn)動車(chē)電(diàn)池研發中(zhōng)心，專注攻克固态電(diàn)池研發技術難題。2018年，通用汽車(chē)向固态電(diàn)池公司Solid Energy Systems注入B輪融資(zī)。今年4月，又(yòu)領投了Solid Energy Systems總額爲1.39億美元的D輪融資(zī)。已經合并爲世界第四大(dà)汽車(chē)公司Stellantis集團在12月宣布，與總部位于馬薩諸塞州沃本市的固态電(diàn)解質材料電(diàn)池制造商(shāng)Factorial Energy簽署聯合開(kāi)發協議，在2026年引入首個具有競争力的固态電(diàn)池技術。盡管固态電(diàn)池已被認定爲液态锂離(lí)子電(diàn)池的“終結者”，但始終有一(yī)個人不買賬。與各大(dà)汽車(chē)公司對固态電(diàn)池前赴後繼的熱切态度截然相反，埃隆·馬斯克與他的特斯拉始終對這項新技術保持靜默與距離(lí)。在2020年舉行的特斯拉年度股東大(dà)會及“電(diàn)池日”活動上，埃隆·馬斯克宣稱公司新研發的“4680”電(diàn)池能量密度提高5倍，續航裏程提高16%，6倍充放(fàng)電(diàn)功率，每千瓦時的成本下(xià)降14%，電(diàn)池産線的速度提高7倍。
全新的電(diàn)池包采用無模組設計，大(dà)約由960個（40x24）“
4680”電(diàn)池組成，相比由4400多個“2170”電(diàn)池組成的電(diàn)池包，體(tǐ)積重量大(dà)幅減少，能量密度提升到300Wh/kg，輕松突破液态锂離(lí)子電(diàn)池的能量密度極限。
埃隆·馬斯克不懂電(diàn)池技術？不，恰恰因爲他是電(diàn)池技術天才，才一(yī)眼“識破”了汽車(chē)公司與固态電(diàn)池間不斷上演的“期貨”把戲。固态電(diàn)池在所有緯度都超越液态锂離(lí)子電(diàn)池是不争的事實，但從各大(dà)汽車(chē)公司的時間表上不難發現固态電(diàn)池的共性：商(shāng)業化時間太久，2030年已是最樂觀的估計。這裏，讓我(wǒ)們将視線轉向截至目前，全球範圍内唯一(yī)實現動力電(diàn)池領域量産的法國博洛雷集團（Bollore Group）。博洛雷集團（Bollore Group）是一(yī)家由法國望族博洛雷家族全盤掌控的世界500強公司，是固态電(diàn)池領域曆史最悠久，研發實力最強的機構之一(yī)。2011年10月，博洛雷集團開(kāi)始在其自主研發的電(diàn)動汽車(chē)“Bluecar”和電(diàn)動巴士“Bluebus”上搭載搭載容量爲30度，由BatScap制造的固态電(diàn)池，這些車(chē)輛在法國巴黎及郊外(wài)以共享方式服務。截至2019年關閉前，2900輛固态電(diàn)池電(diàn)動車(chē)累計服務用戶近20萬人，每天的利用次數約1.8萬次。
博洛雷集團是第一(yī)家成功将固态電(diàn)池規模商(shāng)業化運作的公司，但這塊固态電(diàn)池包的容量隻有30度，能量密度僅有100Wh/kg，隻有液态锂離(lí)子電(diàn)池的一(yī)半。
博洛雷牌固态電(diàn)池面臨的問題，正是所有固态電(diàn)池制造商(shāng)亟待攻下(xià)的課題：實驗室的内外(wài)之差。今年11月，市值超過福特汽車(chē)的美國固态電(diàn)池初創公司QuantumScape宣布，電(diàn)池單元原型在800次循環（100%放(fàng)電(diàn)深度）後，保持了80%以上的初始容量。但投資(zī)研究網站Seeking Alpha在一(yī)份公開(kāi)報告稱QuantumScape的電(diàn)池“體(tǐ)積太小(xiǎo)，從未在實驗室外(wài)測試過”。
Seeking Alpha認爲，固态電(diàn)池能在實驗室外(wài)的真實場景中(zhōng)達到所需的倍率和溫度功能，是非常，非常困難的，困難到沒有人做過。“它們或許永遠不會達到宣傳的性能。” Seeking Alpha表示。
QuantumScape創始人兼首席執行官Jagdeep Singh對此反擊稱，“Seeking Alpha的報告讀起來就像是一(yī)個對電(diàn)池一(yī)無所知(zhī)的人寫的。”那麽，讓固态電(diàn)池長期滞留在科研階段，站在商(shāng)業化量産門外(wài)的核心因素是什麽呢？回歸固态電(diàn)池的本質——固态電(diàn)解質，就能撥開(kāi)迷霧。固态電(diàn)解質材料目前有三種主流體(tǐ)系：聚合物(wù)、氧化物(wù)和硫化物(wù)。這是三種信仰完全不同的材料路線，歐美公司選擇氧化物(wù)與聚合物(wù)體(tǐ)系，日韓公司偏向硫化物(wù)體(tǐ)系。聚合物(wù)體(tǐ)系的優點是高溫離(lí)子電(diàn)導率高，方便加工(gōng)。但它在室溫下(xià)離(lí)子電(diàn)導率極低，大(dà)大(dà)制約了其發展廣度。法國博洛雷牌固态電(diàn)池就是聚合物(wù)體(tǐ)系下(xià)的産物(wù)。一(yī)個荒誕意味十足的事件是，爲了讓自家電(diàn)動車(chē)能在室溫下(xià)正常工(gōng)作，博洛雷集團特意爲每輛車(chē)配載了加熱器，發動前将電(diàn)池系統升溫至 60至80℃。長時間停車(chē)，加熱器不能下(xià)線，那時的技術無法實現遠程提前開(kāi)啓。
氧化物(wù)體(tǐ)系的優點是綜合性能佳，其中(zhōng)薄膜型産品對工(gōng)藝技術要求苛刻，成本與規模化生(shēng)産難度很大(dà)，不适合産能巨大(dà)的電(diàn)動汽車(chē)。非薄膜型産品是目前最炙手可熱的電(diàn)動汽車(chē)電(diàn)池解決方案，QuantumScape是該路線的忠實信徒。
硫化物(wù)體(tǐ)系的優點是擁有堪比液态電(diàn)解質的離(lí)子電(diàn)導率，快充支持度高，是電(diàn)動汽車(chē)能否快速取代燃油車(chē)的勝負手，是日韓公司豐田、本田、三星和中(zhōng)國電(diàn)池巨頭甯德時代選擇的技術路線。但硫化物(wù)體(tǐ)系的開(kāi)發進度最初級，無法商(shāng)業化量産的風險也最高。液态锂離(lí)子電(diàn)池，作爲當代世界發展的主推器，科學原理與它出現時沒有實質改變。固态電(diàn)池的登場，撼動了它曾不可動搖的根基，唯一(yī)困擾它的，隻剩仍是星辰大(dà)海的批量生(shēng)産。
來自新能源産業專業研究機構起點锂電(diàn)研究院的統計顯示，今年前十個月全球動力電(diàn)池裝機量225GWh，同比增長116.1%。
排名前十的企業分(fēn)别爲甯德時代、LG新能源、松下(xià)、比亞迪、SKI、三星SDI、中(zhōng)創新航（中(zhōng)航锂電(diàn)）、國軒高科、AESC和蜂巢能源，10家企業合計市場份額達到92.2%。 其中(zhōng)甯德時代、比亞迪、中(zhōng)創新航（中(zhōng)航锂電(diàn)）、國軒高科和蜂巢能源5家是中(zhōng)國公司。液态锂離(lí)子電(diàn)池戰場的失勢，讓美國和日本企業跳過現有階段，在另一(yī)條賽道——固态電(diàn)池擲下(xià)重金。中(zhōng)國科學院院士歐陽明高曾在2019年中(zhōng)國電(diàn)動汽車(chē)百人會論壇上表示：“日本爲了應對中(zhōng)國和韓國電(diàn)池産業的崛起，自2017年起舉全國之力研發下(xià)一(yī)代固态電(diàn)池，并投入了大(dà)量的研發經費(fèi)。美國和歐洲也在全力開(kāi)發新一(yī)代固态電(diàn)池，以實現超越。中(zhōng)國電(diàn)池産業雖然取得暫時優勢，但國際競争壓力巨大(dà)，需全力追趕固态電(diàn)池前沿技術。”今年，歐陽明高在“2021年新能源汽車(chē)技術與市場亮點及中(zhōng)長期趨勢”的主題演講中(zhōng)再次表達了類似觀點。
“日本等國家在大(dà)力發展下(xià)一(yī)代全固态電(diàn)池，這方面中(zhōng)國品牌還有差距。”歐陽明高說，“全固态電(diàn)池技術要産業化，并對市場格局産生(shēng)重要影響，估計要10年左右。”在時間藍(lán)圖上，歐陽明高給出了自己的預測：到2025年，會出現與現有液态電(diàn)解質锂離(lí)子電(diàn)池比能量大(dà)體(tǐ)相當的第一(yī)代全固态電(diàn)池。2030年後，會出現第二代采用新型正負極材料的全固态電(diàn)池，比能量提升到每公斤500瓦時，還會有高比能量锂-硫電(diàn)池、金屬空氣電(diàn)池。“現有的锂離(lí)子電(diàn)池，包括固液混合的锂離(lí)子電(diàn)池，2030年前仍占絕對主導地位。”歐陽明高總結道。市場研究機構Orbis Orbis Reseach今年7月發布的報告《全球固态電(diàn)池市場2017-2021》支撐了歐陽明高的推測：2017-2021年期間全球固态電(diàn)池市場将以72.33％的複合年增長率增長。
當下(xià)，中(zhōng)國新能源汽車(chē)市場已平穩度過認知(zhī)期，邁入極速膨脹期。預計2022年國内新能源汽車(chē)銷量約500萬輛，市占率超過20%；2025年700萬至1000萬輛；2030年1700萬至2000萬輛。中(zhōng)國電(diàn)動汽車(chē)保有量的暴增，直接刺激了車(chē)載電(diàn)池産量的幾何級數增長，2025年預計超過20億千瓦時，2030年超過70億千瓦時，2035年超過150億千瓦時。
對任何一(yī)家汽車(chē)公司和固态電(diàn)池制造商(shāng)來說，這都是不容錯過，也不容有失的機會窗口。市場已将潛能預埋完成，現在到了考驗智慧的關鍵時刻。
文章轉載自微信公衆号：DT新材料
