车东西（公众号：chedongxi）
文 | Bear
2019年的诺贝尔(er)化学奖花落锂(li)电池(chi)领域(yu)，一(yi)时(shi)间，锂(li)离子电池(chi)这一(yi)驱动信息(xi)化社会的基础元件成(cheng)为(wei)了人们关注的焦(jiao)点。“锂(li)电之父”古迪纳夫也成(cheng)为(wei)媒体热(re)议的话题，时(shi)年97岁的他(ta)仍然奋斗在研(yan)发的一(yi)线，并(bing)在三年前(qian)开(kai)发出了全球首个全固态电解(jie)质锂(li)电池(chi)。
▲“锂电之父”约翰·B·古(gu)迪(di)纳夫(fu)
这类(lei)电(dian)池以(yi)固(gu)态电(dian)解(jie)(jie)(jie)质取代(dai)了传统锂离子电(dian)池的有机液态电(dian)解(jie)(jie)(jie)质，能量密(mi)度达到了普(pu)通锂电(dian)池的三倍，并(bing)拥(yong)有1200次的完整充放电(dian)循环。这一技(ji)术将有望应(ying)用于电(dian)动汽车上，彻底解(jie)(jie)(jie)决电(dian)动汽车的续航焦(jiao)虑。
事实(shi)上，自诞生之初(chu)，这一(yi)电(dian)(dian)池(chi)体系就(jiu)以安全性(xing)、稳定性(xing)著称(cheng)。随(sui)着2016年无机(ji)硫化物材(cai)料的(de)发现，固态(tai)电(dian)(dian)池(chi)的(de)离(li)子电(dian)(dian)导(dao)率以及电(dian)(dian)化学窗(chuang)口(kou)取得突破性(xing)的(de)进展(zhan)，这一(yi)产品的(de)应用前(qian)景从精密传感器等小众市场一(yi)下子拓(tuo)展(zhan)到了电(dian)(dian)动(dong)汽车(che)、消费电(dian)(dian)子等大范围的(de)应用领域。有学者认为，固态(tai)电(dian)(dian)池(chi)是目前(qian)距离(li)量产最(zui)近的(de)下一(yi)代电(dian)(dian)池(chi)解决方案。
▲锂电池(chi)技术路(lu)径(jing)演(yan)变
不过，关注固(gu)态(tai)电(dian)池的(de)不仅仅只有古迪(di)纳夫等学界的(de)大牛(niu)。在汽(qi)(qi)车(che)产业，丰(feng)田、宝马、本田、日产、现代、大众等国际主流车(che)企已经纷(fen)纷(fen)开始布局(ju)固(gu)态(tai)电(dian)池领域(yu)，国内长(zhang)城、比亚迪(di)、天际汽(qi)(qi)车(che)、蔚来汽(qi)(qi)车(che)、爱驰(chi)汽(qi)(qi)车(che)与众多(duo)动力电(dian)池供应(ying)商也(ye)已入局(ju)，并亮出了固(gu)态(tai)电(dian)池的(de)落(luo)地时间表。
▲全球(qiu)车(che)企、供(gong)应商固态(tai)电池(chi)布局
目前，固(gu)态电(dian)池(chi)共有聚(ju)合物(wu)(wu)电(dian)解质、无机氧化(hua)物(wu)(wu)电(dian)解质、无机硫化(hua)物(wu)(wu)电(dian)解质三(san)(san)大技(ji)术路(lu)线，各有优缺点(dian)。但总体来看，三(san)(san)条技(ji)术路(lu)线距(ju)离量产仍(reng)有距(ju)离，但其(qi)作为(wei)电(dian)池(chi)明日之星的地位十分稳固(gu)， 一场(chang)争夺电(dian)动(dong)汽(qi)车电(dian)池(chi)技(ji)术制高点(dian)的暗战已然打响。
一、概念奠基于200年前 2017年技术突破迎高潮
固态电池，顾名思义就是以聚合物、无机氧化物或无机硫化物等固态电解质取代有机液态电解质填充电池内部的电池体系。
▲传(chuan)统电(dian)池(chi)（左）与固态(tai)电(dian)池(chi)（右）结构(gou)原理图对比
其工作原理就是在让(rang)锂(li)离(li)子通(tong)过固态电(dian)(dian)(dian)解(jie)质(zhi)中的离(li)子通(tong)道移动于正负极材料之间，与(yu)电(dian)(dian)(dian)极交换电(dian)(dian)(dian)荷，完成充放电(dian)(dian)(dian)过程。由于固态电(dian)(dian)(dian)解(jie)质(zhi)的理化性(xing)质(zhi)稳定，现阶段的固态电(dian)(dian)(dian)池技术(shu)，通(tong)常(chang)有着优于传统(tong)锂(li)电(dian)(dian)(dian)池的能量密(mi)度、安(an)全性(xing)与(yu)稳定性(xing)。
固态电池的三大技术特征分别是固态电解质、兼容高能量的正负极以及轻量化的电池系统。
固(gu)态电解(jie)(jie)质(zhi)(zhi)的概念非常(chang)好了解(jie)(jie)，传统(tong)锂电池(chi)以液态电解(jie)(jie)质(zhi)(zhi)作为锂离子迁移的介(jie)质(zhi)(zhi)，固(gu)态电池(chi)则是将液态的电解(jie)(jie)质(zhi)(zhi)替换(huan)为固(gu)态电解(jie)(jie)质(zhi)(zhi)材(cai)料。可以认(ren)为，固(gu)态电解(jie)(jie)质(zhi)(zhi)是固(gu)态电池(chi)的核心，而固(gu)态电解(jie)(jie)质(zhi)(zhi)目前有分为聚合(he)物、无机(ji)氧化(hua)物与无机(ji)硫化(hua)物三种类型(xing)。
对(dui)比传统的液态(tai)电(dian)解质(zhi)，固态(tai)电(dian)解质(zhi)高温状态(tai)下性质(zhi)稳(wen)定，不易燃，且能(neng)够(gou)有(you)效(xiao)防止大功率放(fang)电(dian)形成(cheng)(cheng)的锂晶枝刺穿隔(ge)膜造成(cheng)(cheng)电(dian)极短路，可以说是液态(tai)电(dian)解质(zhi)的理想替(ti)代品(pin)。
不仅如(ru)此，固(gu)态(tai)电(dian)(dian)(dian)(dian)池还拥(yong)有(you)更高的电(dian)(dian)(dian)(dian)化学窗口，可(ke)以搭载(zai)高压正负(fu)极材料而不用(yong)担心(xin)电(dian)(dian)(dian)(dian)解质会因为高电(dian)(dian)(dian)(dian)压产生氧化（液(ye)态(tai)电(dian)(dian)(dian)(dian)解质会有(you)这样的副作用(yong)）。
▲固(gu)态电池可采用先(xian)串(chuan)联后并(bing)联的组(zu)装方式
此外，由于固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)电(dian)芯内(nei)部不含液体，可(ke)以(yi)实(shi)现先串联(lian)(lian)后并联(lian)(lian)组装的(de)方式(shi)，减(jian)轻了(le)电(dian)池(chi)(chi)PACK的(de)重量；固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)性质稳定的(de)特点，也可(ke)以(yi)省去(qu)动力电(dian)池(chi)(chi)内(nei)部的(de)温控(kong)元件，进一步实(shi)现动力电(dian)池(chi)(chi)的(de)减(jian)重。
有一点需要注意的是，固态电池其实并非最新的技术体系，深究其概念奠基的起点，甚至远远早于当前主流电池——锂离子电池的形成。
固态电池(chi)概(gai)念(nian)奠(dian)基的(de)起点(dian)可以(yi)追溯到(dao)19世纪上(shang)半(ban)叶，当时(shi)热力学定律仍在摸(mo)索(suo)之中(zhong)，没有人知道晶体的(de)周(zhou)期性结构，距离(li)点(dian)无序、熵(shang)增熵(shang)减等(deng)概(gai)念(nian)的(de)形成还(hai)有近一个世纪的(de)路(lu)要走，当时(shi)的(de)主流科学界甚至(zhi)不承认(ren)原(yuan)子与离(li)子的(de)存(cun)在。
就(jiu)是在这样(yang)的(de)电(dian)(dian)学(xue)理(li)论与(yu)(yu)大(da)环境均不成熟的(de)时代，被冠以(yi)“天(tian)才”之名的(de)迈克尔·法拉第发现了液体(ti)与(yu)(yu)固(gu)体(ti)中离(li)子(zi)的(de)移动现象，并通过这一(yi)现象发现了电(dian)(dian)荷通过电(dian)(dian)解质的(de)通道，以(yi)及电(dian)(dian)解过程中释放的(de)离(li)子(zi)与(yu)(yu)电(dian)(dian)极交换(huan)电(dian)(dian)荷的(de)能力。这一(yi)发现，为(wei)后(hou)来的(de)电(dian)(dian)化学(xue)与(yu)(yu)固(gu)态离(li)子(zi)学(xue)奠(dian)定了基础。
▲电化学奠基人迈克尔·法拉(la)第(di)
他曾(ceng)对固态电(dian)(dian)解(jie)质(zhi)导(dao)(dao)电(dian)(dian)的(de)(de)现(xian)象进行记录(lu)：“我曾(ceng)发(fa)现(xian)硫(liu)化(hua)银的(de)(de)离子电(dian)(dian)导(dao)(dao)率在加热之后会迅速(su)上升，在此(ci)之后，我又发(fa)现(xian)了(le)一种具有(you)相同属性的(de)(de)物(wu)质(zhi)：氟化(hua)铅。当其冷却时，这(zhei)两种物(wu)质(zhi)并不能起到电(dian)(dian)流的(de)(de)传导(dao)(dao)作(zuo)用(yong)，不过一旦温度上升，它们就会变(bian)成电(dian)(dian)的(de)(de)良导(dao)(dao)体，甚至可(ke)以(yi)在固态的(de)(de)条(tiao)件下将其点燃。”
这样的(de)记(ji)录(lu)极大地启(qi)发了后(hou)世对于固态(tai)(tai)电池的(de)研(yan)究，在20世纪50年代(dai)后(hou)固态(tai)(tai)电池迎来研(yan)发热(re)潮(chao)的(de)时候，曾(ceng)有研(yan)究人员指出：“这是(shi)迄(qi)今为(wei)止，有记(ji)录(lu)的(de)最早的(de)有关于固态(tai)(tai)电解质从弱导(dao)电态(tai)(tai)过渡到导(dao)电态(tai)(tai)的(de)观察结果。”
不过(guo)即便如此(ci)，固态电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)研发(fa)也(ye)没有因为奠基时间早而(er)(er)一(yi)番风顺(shun)，早期固态电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)质的(de)物理与化学性质决定了其低能(neng)量密(mi)度、低电(dian)(dian)(dian)(dian)压以及高电(dian)(dian)(dian)(dian)阻的(de)特(te)性。即使是在(zai)20世纪90年代对材(cai)料进(jin)行(xing)改良之(zhi)后(hou)，固态电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)也(ye)依然只能(neng)打造(zao)成薄膜类(lei)电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)，应用于精密(mi)传感器等高端领域(yu)，难以真正实(shi)现普及。而(er)(er)固态电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)“后(hou)辈”们(men)——铅酸电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)、镍氢电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)、锂离(li)子电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)则开始在(zai)各个领域(yu)活(huo)跃。
直到2016年，日本科(ke)学家Yuki Kato与(yu)Ryoji Kanno发(fa)现了两种具有高离(li)子电导率(lv)与(yu)高稳定(ding)性新(xin)型锂基超离(li)子导体材料，固态电池才(cai)重新(xin)成为学界(jie)与(yu)业界(jie)的研究焦点(dian)。
而后(hou)在2017年，“锂电之父”古(gu)迪纳夫所带领(ling)的(de)工(gong)程师团队发明了(le)玻璃(li)电解(jie)质材(cai)料，研发出了(le)全(quan)球首个全(quan)固态(tai)电解(jie)质锂电池(chi)。填充玻璃(li)电解(jie)质解(jie)决了(le)固态(tai)电池(chi)电解(jie)质与(yu)电极界面高(gao)电阻、离子(zi)电导率低的(de)问题，甚至拥有比液(ye)态(tai)电解(jie)质更好的(de)离子(zi)电导率。
▲“锂电之父”约翰·B·古迪纳夫
这一特性使其能够实(shi)现比现阶(jie)段锂电(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)高三倍的(de)能量密(mi)度(du)，并(bing)拥有1200次的(de)完整充放电(dian)(dian)循环。同时由于(yu)移除了有机液态电(dian)(dian)解液，该(gai)电(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)将不会有燃(ran)烧的(de)风险，安全性与稳(wen)定性更胜传统锂离子(zi)电(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)一筹(chou)，这些优势使得固态电(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)具(ju)备了成为(wei)下(xia)一代电(dian)(dian)动汽车动力电(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)主(zhu)流选(xuan)择。
不过需要指(zhi)出的是，虽然现(xian)阶(jie)段固态电(dian)池在技(ji)术(shu)指(zhi)标上领(ling)先于(yu)三元(yuan)锂电(dian)池，但(dan)这一技(ji)术(shu)路线目前仍然面(mian)临着整体成(cheng)本(ben)高、技(ji)术(shu)有待(dai)验证等问(wen)题(ti)，可(ke)以认(ren)为仍然处于(yu)产业早期(qi)的发(fa)展阶(jie)段。
▲固(gu)态电(dian)(dian)池与(yu)三(san)元锂电(dian)(dian)池各项指标对比情(qing)况(kuang)
从行业(ye)应(ying)(ying)用(yong)来(lai)看，目前真正进(jin)入落(luo)地阶段且具有(you)商(shang)业(ye)价值的(de)(de)，只(zhi)有(you)应(ying)(ying)用(yong)于精密传感器领域的(de)(de)薄膜类固态电池(chi)(chi)。此前，曾有(you)行业(ye)分析师认为(wei)，固态电池(chi)(chi)相(xiang)对于大盘而(er)言只(zhi)是(shi)一个利(li)基市(shi)(shi)场(chang)（相(xiang)对小众）。除非取得(de)技术上的(de)(de)飞跃式进(jin)展，否则到(dao)2025年(nian)，整(zheng)个电池(chi)(chi)市(shi)(shi)场(chang)规(gui)模(mo)达到(dao)2000亿(yi)美(mei)元的(de)(de)时候，固态电池(chi)(chi)的(de)(de)市(shi)(shi)场(chang)规(gui)模(mo)仅有(you)70亿(yi)美(mei)元。
不(bu)过，众多押宝(bao)(bao)固态(tai)电池(chi)的车(che)(che)企显然是相信(xin)固态(tai)电池(chi)技术将(jiang)会(hui)迎来飞(fei)跃式突破的。自(zi)(zi)2012年丰(feng)田(tian)正(zheng)式宣布(bu)在(zai)固态(tai)电池(chi)领域取得研究成果之后，宝(bao)(bao)马、本田(tian)、日产(chan)、现代(dai)、大众等国(guo)际车(che)(che)企以及国(guo)内长城(cheng)、比亚迪(di)、天际汽(qi)(qi)车(che)(che)、蔚来汽(qi)(qi)车(che)(che)、爱(ai)驰汽(qi)(qi)车(che)(che)等车(che)(che)企纷纷宣布(bu)自(zi)(zi)身的固态(tai)电池(chi)布(bu)局。
在车企规划的时间表中，2020年开始，固态电池将会初步投入使用。而到2025年，固态电池的能量密度将会攀升到一定程度，同时成本大幅下落，从高端产品向低端产品普及。从这一时间表来看，固态动力电池的风口将会很快到来。
二、丰田已暗中研发10年 现代宝马福特全部入局
国(guo)际车(che)企在(zai)固态电池上的研(yan)发起点(dian)相对较早，最早入局的丰(feng)田在(zai)2008年(nian)就与固态电池创企伊利卡(ka)（Ilika）展开(kai)了合作，并于(yu)2012年(nian)公(gong)布了研(yan)发成果(guo)。而(er)在(zai)2016年(nian)新型固态电解(jie)质材料发现(xian)(xian)之后，宝马、本田、日产、现(xian)(xian)代、大众(zhong)等车(che)企巨头纷纷宣布开(kai)始固态电池研(yan)发，并将(jiang)落地时间定在(zai)了2020年(nian)-2030年(nian)之间。
▲国(guo)际车企布局(ju)固态电池情(qing)况
1、丰田2008年开始研发固态电池 预计2020年初上车
在(zai)固态电池(chi)领域，丰田(tian)一直是这一路线的(de)忠(zhong)实支持者(zhe)。
2008年，特(te)斯拉(la)首款(kuan)“量产”车型Roadster刚刚下线(xian)，电动化浪(lang)潮还未席卷全球之时，丰(feng)田就(jiu)开始了固(gu)态电池的研发。
2008年2月(yue)，丰田与南(nan)安普顿大学孵化出的初(chu)创(chuang)公司(si)伊(yi)利卡（Ilika）达成合作，共(gong)同进行固态电(dian)池材料的研发。双(shuang)方(fang)的愿(yuan)景，是使用导电(dian)陶瓷材料来替代(dai)锂离子电(dian)池中的易燃液态电(dian)解质。
▲丰田与固态电池创企(qi)ilika合作
六(liu)年之(zhi)后，在(zai)2014年日本东京举(ju)办《汽车世(shi)界(jie)》期刊会议上(shang)，丰田汽车详细介(jie)绍了(le)其与伊利卡（Ilika）在(zai)固体(ti)电池(chi)合作(zuo)上(shang)的进展。
当(dang)时，丰田汽车负(fu)责固态(tai)电池(chi)业务的高级执行董事奥田平（Soichiro Okudaira）表示：“丰田已(yi)经研发(fa)出了能(neng)量密度400Wh/L（“Wh/L”是电池(chi)能(neng)量密度的另一种单位，由(you)于材料(liao)密度不同，难以与(yu)“Wh/kg”直接换算）的固态(tai)电池(chi)，比同时期的锂离(li)子电池(chi)能(neng)量密度高出约1/3。”
与(yu)此同时，丰(feng)田的工程(cheng)师表(biao)示(shi)，固态电(dian)池的潜(qian)力远不止于此。到2025年(nian)，丰(feng)田将(jiang)会把固态电(dian)池的能(neng)量密(mi)度提(ti)升(sheng)到600-700Wh/L，能(neng)够(gou)为(wei)电(dian)动汽车(che)提(ti)供约1000公(gong)里的续航里程(cheng)。
随后(hou)，丰田又在2017年与“老朋(peng)友”松下展开合作(zuo)，共(gong)同(tong)研发下一代技术更加成熟的固(gu)态(tai)电(dian)池。据路透社报道，丰田预(yu)计在2020年初推出(chu)搭载固(gu)态(tai)电(dian)池的纯电(dian)动汽(qi)车。
2、本田日产联手“老大哥”丰田 组建日本固态电池“国家队”
丰田(tian)那边如火(huo)如荼(tu)地研(yan)发(fa)固态动力电(dian)(dian)(dian)池(chi)，本(ben)田(tian)日(ri)产也在2017年纷纷宣布自(zi)研(yan)动力电(dian)(dian)(dian)池(chi)。但(dan)在动力电(dian)(dian)(dian)池(chi)这(zhei)样高(gao)技术壁垒的(de)行(xing)业，本(ben)田(tian)日(ri)产的(de)起(qi)步(bu)已经较为落后，他们要如何逆(ni)转这(zhei)样的(de)局面呢？
2018年，本(ben)田、日产(chan)联手丰田、松(song)下、汤浅以(yi)(yi)及日本(ben)三大化工集团(tuan)成立了(le)”锂电池技术与评估中心（Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center)”，简称”Libtec”，以(yi)(yi)联盟的形式开展固态电池的研发。
▲日(ri)本成立锂电池技(ji)术(shu)与评估中(zhong)心
彼时日(ri)本(ben)动力(li)电池产(chan)业市场份额在(zai)全球范围内(nei)呈下滑态势，日(ri)本(ben)政府也(ye)极力(li)促成Libtec的(de)成立，并为这(zhei)一联盟投资了(le)16亿日(ri)元(yuan)。就这(zhei)样，本(ben)田(tian)与日(ri)产(chan)也(ye)搭上了(le)丰田(tian)的(de)大船。
据了解，Libtec的目标是在(zai)短期内推(tui)出支(zhi)(zhi)持550公里(li)综合续航(hang)电(dian)动汽车的固态动力(li)电(dian)池，而到2030年，将会推(tui)出支(zhi)(zhi)持800公里(li)综合续航(hang)电(dian)动汽车的固态电(dian)池。并且，由于固态电(dian)池支(zhi)(zhi)持大功率充放电(dian)，电(dian)动汽车的充电(dian)速(su)度(du)也(ye)将得(de)到大幅提升。
3、现代、宝马、福特投资固态电池初创公司Solid Power
与日本汽车产(chan)业(ye)抱团取暖(nuan)的思路不(bu)同(tong)，宝马、现代(dai)、福特三家(jia)车企看(kan)中了同(tong)一家(jia)固态(tai)电池初创公司——Solid Power。
三家车企分(fen)别(bie)在2017年、2018年、2019年宣(xuan)布(bu)投资这家分(fen)离(li)自科(ke)罗拉多大学博(bo)尔德分(fen)校的(de)(de)初创公司，不过他(ta)们并未透露向Solid Power投资的(de)(de)金额。其中，只(zhi)有宝马宣(xuan)布(bu)会在2026年量产搭载固态(tai)电池的(de)(de)电动汽车。
据electrek报道，Solid Power在2018年(nian)完成(cheng)了2000万美元的(de)A轮融资，并在固态(tai)电(dian)(dian)池(chi)锂(li)离子阳(yang)极技术上获得了突破。该公司表示，目(mu)前(qian)其生产的(de)样品的(de)能量密度要(yao)比普通的(de)三元锂(li)电(dian)(dian)池(chi)能量密度高50%，并且(qie)支持目(mu)前(qian)行(xing)业通用的(de)卷对(dui)卷生产工艺(yi)。
4、大众投资斯坦福大学背景创企QuantumScape
大(da)众(zhong)也在2018年6月宣布投资(zi)斯坦福大(da)学的固态动力(li)电池(chi)初创公(gong)司QuantumScape，投资(zi)金额(e)为(wei)1亿(yi)美元。交换条(tiao)件是(shi)成(cheng)为(wei)该公(gong)司的最(zui)大(da)股东，并(bing)在董事(shi)会成(cheng)员中占(zhan)有席位，双方合作开(kai)发(fa)适用于大(da)众(zhong)车型的固态电池(chi)。
据了解，QuantumScape成立于(yu)2010年，总部位于(yu)加利(li)福(fu)尼亚州圣(sheng)何塞，拥有约(yue)200项固(gu)态(tai)电池技(ji)术专利(li)和专利(li)申请，深厚的(de)专业知识正是(shi)大众看中这(zhei)家公司的(de)原(yuan)因(yin)。
大众的(de)(de)官(guan)方新闻宣称，QuantumScape的(de)(de)固态电池能(neng)够使e-golf的(de)(de)综合续航里(li)程(cheng)从300公(gong)里(li)提升到750公(gong)里(li)，并且(qie)大众已经(jing)对QuantumScape的(de)(de)电池样品进行(xing)了测试，推测测试对象(xiang)为此(ci)前搭载了固态电池的(de)(de)PB18 e-tron纯电动超跑(pao)。
双方共同的目标是使得(de)固态电池(chi)真正能够应用于汽(qi)车(che)工业领域(yu)，并预计在2025年(nian)建(jian)成一条为电动汽(qi)车(che)生产固态电池(chi)的生产线。
5、雷诺日产三菱联盟投资美国固态电池公司Ionic Materials
投资固态电池企业(ye)这件事(shi)当然(ran)也少不了对新兴(xing)技术(shu)充满热(re)情的(de)雷诺日产三菱联盟(meng)，这一联盟(meng)成立的(de)初衷(zhong)就(jiu)不光是为了互(hu)相提振三家车企的(de)销量，而是通过交(jiao)叉持(chi)股的(de)方式形成强合(he)作关(guan)系来提升整(zheng)个(ge)联盟(meng)的(de)竞争力。
2018年(nian)年(nian)初，雷诺(nuo)日(ri)产三菱联(lian)盟(meng)成立(li)10亿美(mei)元的(de)产业(ye)基金“联(lian)盟(meng)风投(tou)(tou)”（Alliance Ventures），投(tou)(tou)资的(de)第(di)一个项目就是(shi)美(mei)国电池(chi)公(gong)司Ionic Materials，据了解，这家公(gong)司的(de)主要研发方向(xiang)为开(kai)发可用(yong)于电动汽(qi)车的(de)无钴固态电池(chi)。
据了(le)解，目前雷诺日产(chan)三菱(ling)联盟与Ionic Materials的合作已经(jing)取得了(le)一(yi)定(ding)的进展(zhan)，今年(nian)年(nian)底，Ionic Materials的固态(tai)电(dian)池(chi)将会(hui)交予OEM进行验证，预计在2025年(nian)投入量产(chan)。
除了(le)丰田早早将固(gu)态电(dian)(dian)池(chi)(chi)作为(wei)自家电(dian)(dian)动汽(qi)车的动力电(dian)(dian)池(chi)(chi)方向之外，国际车企(qi)大多选择了(le)在2017年(nian)左右涌入固(gu)态电(dian)(dian)池(chi)(chi)产业(ye)，这与固(gu)态电(dian)(dian)池(chi)(chi)的电(dian)(dian)解质材料(liao)在2016年(nian)-2017年(nian)间取(qu)得突破(po)性进展脱不了(le)关系。
在(zai)产业(ye)布局方面，日(ri)系车(che)企(qi)(qi)与日(ri)本的(de)(de)(de)动力电池、化工企(qi)(qi)业(ye)形(xing)成(cheng)了(le)抱(bao)团之势，试图抢占固态(tai)电池的(de)(de)(de)落地先机。欧美韩系车(che)企(qi)(qi)则(ze)主要采取投资初创公司的(de)(de)(de)方式，来增强自(zi)身(shen)在(zai)固态(tai)电池领域的(de)(de)(de)技术储备，不同(tong)的(de)(de)(de)玩家(jia)形(xing)成(cheng)了(le)不同(tong)的(de)(de)(de)打法(fa)。
三、北汽、比亚迪带头布局固态电池 蔚来、天际积极跟进
国际(ji)车(che)企扎堆(dui)布(bu)局固态电池，但国内车(che)企对于固态电池的布(bu)局却(que)显得有(you)些不急不缓。
根据公开(kai)资料整理，国内传统车(che)(che)企仅有(you)北汽(qi)集团与(yu)比亚迪两(liang)家布(bu)局固态电池(chi)；新造车(che)(che)公司对固态电池(chi)接受度更(geng)高(gao)，蔚来汽(qi)车(che)(che)、天际汽(qi)车(che)(che)、爱驰汽(qi)车(che)(che)分(fen)别(bie)与(yu)台湾辉(hui)能科技达成合作(zuo)，共同(tong)研发动力电池(chi)；哪吒(zha)汽(qi)车(che)(che)也在此前宣布(bu)了与(yu)清陶能源(yuan)的合作(zuo)计划，SERES也布(bu)局了固态电池(chi)领域。
▲国内车企布局(ju)固态(tai)电池情况
1、传统车企：北汽、比亚迪两大新能源领头羊对垒
在(zai)传统车(che)企(qi)(qi)的(de)(de)阵营中(zhong)(zhong)，北汽(qi)与比亚迪是(shi)目(mu)前在(zai)新能(neng)(neng)源(yuan)汽(qi)车(che)领(ling)域(yu)布局较为深(shen)入，并且销量最(zui)大的(de)(de)两(liang)(liang)家(jia)车(che)企(qi)(qi)。提(ti)前将电(dian)动化的(de)(de)基(ji)因刻在(zai)品(pin)牌形象中(zhong)(zhong)，意味(wei)着这(zhei)两(liang)(liang)家(jia)车(che)企(qi)(qi)在(zai)新能(neng)(neng)源(yuan)汽(qi)车(che)领(ling)域(yu)必须保有足(zu)够的(de)(de)技(ji)(ji)术(shu)优势(shi)。因此(ci)，这(zhei)两(liang)(liang)家(jia)车(che)企(qi)(qi)也是(shi)国内(nei)最(zui)先布局固态(tai)电(dian)池技(ji)(ji)术(shu)的(de)(de)传统车(che)企(qi)(qi)。
北汽(qi)集团旗下北汽(qi)产投(tou)于2019年(nian)8月完成了(le)对国内固态(tai)电池创企清陶能源的(de)投(tou)资，双方将在固态(tai)锂(li)电池的(de)产业化(hua)方面合作，但(dan)并未公布(bu)具体的(de)量(liang)产落地时间。
▲北(bei)汽产投(tou)宣布领投(tou)清陶能源(yuan)C轮融资
据了解(jie)，清(qing)(qing)陶能(neng)源的创始人团队(dui)来自于清(qing)(qing)华大学，自2002年开始研发(fa)固(gu)态(tai)电(dian)(dian)池。2018年11月，清(qing)(qing)陶能(neng)源的首条固(gu)态(tai)电(dian)(dian)池生产线投产，这(zhei)也是国内首条投产的固(gu)态(tai)电(dian)(dian)池生产线，该公司的固(gu)态(tai)电(dian)(dian)池的单体能(neng)量(liang)密度能(neng)够达(da)到400Wh/kg。
北(bei)汽产投(tou)此次与中银投(tou)资共同主(zhu)导的(de)C轮投(tou)资并未对(dui)外透露金额(e)，但显(xian)而易见(jian)的(de)是(shi)，这是(shi)北(bei)汽集团(tuan)部署固(gu)态(tai)电(dian)池的(de)重要一步。
与北汽集团靠“买买买”来获取技术基(ji)础(chu)不同，比亚迪走的(de)是(shi)自研动(dong)力电池的(de)路线，这(zhei)一前提是(shi)比亚迪在(zai)电池领域的(de)深厚技术积累。
2016年(nian)，比(bi)亚(ya)迪(di)就确定将(jiang)(jiang)固态(tai)电(dian)(dian)池(chi)作(zuo)为(wei)下一(yi)代动(dong)力电(dian)(dian)池(chi)的发(fa)展(zhan)路线，随后，比(bi)亚(ya)迪(di)申请了一(yi)种全固态(tai)锂(li)离子(zi)电(dian)(dian)池(chi)及其(qi)正极复合材料的发(fa)明专利(li)。2018年(nian)，比(bi)亚(ya)迪(di)再次(ci)确认(ren)将(jiang)(jiang)固态(tai)电(dian)(dian)池(chi)作(zuo)为(wei)发(fa)展(zhan)重(zhong)点，并着手(shou)推动(dong)固态(tai)电(dian)(dian)池(chi)的产业化研发(fa)。
据了解，比亚(ya)迪将(jiang)会在(zai)未来5-10年内推出(chu)固态动力(li)电池产品，并将(jiang)其应用(yong)在(zai)新能源汽车(che)上(shang)。
2、新造车公司：蔚来、天际、爱驰、哪吒已入局
新造(zao)车公(gong)司也(ye)被(bei)固(gu)态电(dian)池(chi)技术吸引入局，目前(qian)，天际汽(qi)(qi)车、蔚来汽(qi)(qi)车与爱驰汽(qi)(qi)车已(yi)经先(xian)后与台(tai)湾电(dian)池(chi)公(gong)司辉(hui)能科技达成合作(zuo)。哪吒汽(qi)(qi)车则选(xuan)择了与北汽(qi)(qi)集团相同固(gu)态电(dian)池(chi)公(gong)司——清(qing)陶能源。
在今年4月的(de)上海车(che)(che)展期间，天际汽车(che)(che)展出了(le)搭载(zai)固态(tai)电池的(de)天际ME7样(yang)车(che)(che)，吸引(yin)了(le)众(zhong)多好奇的(de)目光。随后不久，该(gai)公(gong)司(si)便宣布了(le)与(yu)辉能科技(ji)的(de)合作事宜。据了(le)解，该(gai)公(gong)司(si)在2018年就量(liang)产了(le)450Wh/L的(de)固态(tai)电池。
▲天际汽车与辉能科(ke)技签(qian)订(ding)合作(zuo)协议(yi)
不(bu)过需要(yao)指出的是(shi)，该公司所采用的方案(an)是(shi)目前久违成(cheng)熟的无(wu)机氧化物固(gu)态电解质方案(an)，虽然技术路线较为(wei)成(cheng)熟，但(dan)这一路线固(gu)态电池的性(xing)能潜(qian)力较为(wei)有(you)限。
不过作为国内(nei)为数不多的(de)能(neng)够量产固态电(dian)(dian)池(chi)的(de)企业，辉能(neng)科技(ji)(ji)也吸引了另外两家新造车(che)(che)公司(si)——蔚来汽车(che)(che)与爱驰汽车(che)(che)。这两家公司(si)分(fen)(fen)别(bie)在9月底与辉能(neng)科技(ji)(ji)达成了合作，辉能(neng)科技(ji)(ji)将以自(zi)主研(yan)发的(de)高电(dian)(dian)压锂陶瓷电(dian)(dian)池(chi)为基础，分(fen)(fen)别(bie)与蔚来汽车(che)(che)、爱驰汽车(che)(che)展开(kai)合作，开(kai)发辉能(neng)MAB固态电(dian)(dian)池(chi)包。
另一家(jia)新造车(che)(che)公司，哪吒汽(qi)(qi)车(che)(che)则是(shi)在2019年10月与清陶能源(yuan)达(da)成了合(he)作，选择相信国内新能源(yuan)汽(qi)(qi)车(che)(che)领(ling)头羊北汽(qi)(qi)的眼光(guang)。
综合国(guo)内整车厂的(de)固态电池研发情况与(yu)落(luo)地时间表(biao)，我们可以发现(xian)一个特点：
国内(nei)固态(tai)动力电池的(de)研(yan)发落地被分(fen)为了三个阶(jie)段：
第一阶段，2016年-2020年，研发阶段；
第二阶段，2021年-2025年，初步投入应用；
第三阶段，2025年-2030年，大规模量产落地。
届时，大(da)规模量产落地的全固态(tai)电池将能够满足《中国制造2025》中，对于2030年国内(nei)动(dong)力电池密度达到500Wh/kg的要求(qiu)。
四、19家国内动力电池公司研发 固态电池还未到量产阶段
虽(sui)然(ran)国(guo)内(nei)(nei)整车厂(chang)入局固(gu)态(tai)(tai)动(dong)力电池(chi)(chi)市场的玩家(jia)较少，不过(guo)在动(dong)力电池(chi)(chi)产业链(lian)内(nei)(nei)，固(gu)态(tai)(tai)电池(chi)(chi)已经(jing)成为了(le)兵家(jia)必争(zheng)之地。据了(le)解，目前国(guo)内(nei)(nei)包括宁(ning)德时代、比亚(ya)迪、赣锋锂业、万向123、辉能科技、力神电池(chi)(chi)、亿纬锂能在内(nei)(nei)的19家(jia)动(dong)力电池(chi)(chi)公司已开始固(gu)态(tai)(tai)电池(chi)(chi)的研发。
▲动力(li)电(dian)池(chi)供应(ying)商布局固态电(dian)池(chi)情况
国内(nei)市(shi)场(chang)的动力(li)电池(chi)(chi)供(gong)(gong)应商们从(cong)过去动力(li)电池(chi)(chi)的市(shi)场(chang)份额争夺(duo)战中(zhong)，领悟到了谁先入局，谁就可能成(cheng)长为(wei)独角兽(shou)的定律。因此国内(nei)动力(li)电池(chi)(chi)供(gong)(gong)应商对(dui)于(yu)固态电池(chi)(chi)技术(shu)的研(yan)(yan)发最(zui)为(wei)积极，据不完全(quan)统计(ji)，共有(you)19家(jia)动力(li)电池(chi)(chi)供(gong)(gong)应商开始(shi)布(bu)局固态动力(li)电池(chi)(chi)技术(shu)研(yan)(yan)发，宁德(de)时代、辉能科技、万向123等公(gong)司的进展(zhan)目(mu)前较快。
其中，宁德时代(dai)所选择的路线是(shi)目前开发潜力最(zui)大、难度也最(zui)大的硫化物电(dian)解质路线。2016年(nian)10月，宁德时代(dai)新能源研究(jiu)院(yuan)柳娜(na)博世详细介绍了宁德时代(dai)在硫化物固态电(dian)池领域的研发路径：
宁德时(shi)代主要以硫(liu)化(hua)物(wu)电(dian)解质(zhi)为主要研发(fa)方(fang)向，采用(yong)正极包(bao)覆与热压的(de)方(fang)式来解决(jue)界面电(dian)阻(zu)问(wen)题(ti)；同(tong)时(shi)对硫(liu)化(hua)物(wu)进行改性，增强其热稳(wen)定(ding)性。但基于(yu)理性分析，宁德时(shi)代表示，目前全固态电(dian)池(chi)距(ju)离商业(ye)化(hua)仍有一段较长(zhang)的(de)距(ju)离。
辉能科技与清陶能源所走(zou)的都是无机氧化物(wu)电解质路线，以此来生产非薄膜(mo)型固态(tai)电池(chi)，这(zhei)类电池(chi)的离子电导(dao)率随不如硫化物(wu)固态(tai)电池(chi)，但也远好(hao)于聚合物(wu)固态(tai)电池(chi)。
辉能科技于(yu)2013年就实(shi)现(xian)了此(ci)类固态电池(chi)的量产，但(dan)主要的应用领(ling)域为(wei)消(xiao)费电子领(ling)域，近两年才转向汽车(che)动力电池(chi)。由于(yu)动力电池(chi)对(dui)于(yu)安全性、稳(wen)定性以及(ji)能量密(mi)度的要求更(geng)高，因此(ci)辉能科技目前还处于(yu)与整车(che)厂进(jin)行产品验证的阶段。
万向123的(de)打法(fa)与前两者稍有不(bu)同，该(gai)公司主要采取(qu)外部投(tou)资与内(nei)部研发并举的(de)策略。在对外投(tou)资方面，该(gai)公司先后投(tou)资了(le)固态(tai)(tai)电池公司Solid Power以及美国固态(tai)(tai)电池公司Ionic Materials。
万向一(yi)二(er)三通(tong)过将(jiang)Ionic Materials研发的(de)导电离(li)子聚合物与自(zi)家的(de)三元 /石墨锂离(li)子材料相结合发出了一(yi)款(kuan)具有高(gao)能量密度，高(gao)安(an)全(quan)性的(de)全(quan)固态(tai)电池，该公(gong)司表示(shi)，这一(yi)类型的(de)固态(tai)电池有望在2022年(nian)正式(shi)应用于电动汽车产品。
五、博世、戴森、NGK|NTK跨界进入固态电池产业
事实(shi)上，除了(le)上述被提及(ji)的整车厂、动力电(dian)(dian)池供应商(shang)之外，还有零部件(jian)供应商(shang)以及(ji)其他领域(yu)的玩家跨界进(jin)入了(le)固(gu)态动力电(dian)(dian)池领域(yu)。
▲跨界供应商固态电(dian)池布局情况
其中最(zui)具代表性的就是博世、戴森以及日本(ben)火花塞制造商(shang)NGK三家公司(si)。
2017年(nian)固态电(dian)(dian)池的(de)研(yan)发热潮兴起之时(shi)，博世曾经(jing)收购固态电(dian)(dian)池初创(chuang)公司Seeo，并曾表示将会在2020年(nian)之前推出总体(ti)能量密度(du)超过260Wh/kg的(de)固态电(dian)(dian)池包。
▲博世(shi)此前对(dui)动力(li)电(dian)池业务的(de)规(gui)划
2017年(nian)12月，该公司还曾考虑(lv)投资(zi)200亿欧(ou)元，在(zai)2030年(nian)之前建立起年(nian)产(chan)能200GWh的动力电池工厂，以此来与松下、LG、宁德时(shi)代等全球一线(xian)的动力电池供应商们竞争。
不过很(hen)快，在(zai)2018年2月，博世就宣布(bu)放(fang)弃动(dong)力电池(chi)(chi)以及固(gu)态电池(chi)(chi)的研发项(xiang)目，并宣布(bu)解散博世旗(qi)下的动(dong)力电池(chi)(chi)合资(zi)公司“Lithium Energy and Power GmbH＆Co. KG（LEAP）”，并出售其固(gu)态电池(chi)(chi)子公司Seeo。
与此同时，博世(shi)在(zai)一份声(sheng)明中给(ji)出(chu)了他(ta)们放弃固(gu)态(tai)电池与动力电池技术开发的(de)(de)原因，主要的(de)(de)理由(you)是投(tou)资风险过高，目前难以判断是否能给(ji)博世(shi)集团带来回报。
另一家(jia)传统汽(qi)车产(chan)业零(ling)部件(jian)供应(ying)商NGK|NTK也宣布开始研(yan)发(fa)固(gu)态(tai)电池技术，该公(gong)司主营业务原本为发(fa)动机(ji)火(huo)花(hua)(hua)塞(sai)与(yu)氧传感(gan)器(qi)，但(dan)其高级工程(cheng)与(yu)研(yan)发(fa)总经理Takio认为：“（汽(qi)车）行业在某种程(cheng)度上将不可避(bi)免地从内燃机(ji)转向电池电动汽(qi)车，最(zui)终导致我们的火(huo)花(hua)(hua)塞(sai)和氧传感(gan)器(qi)业务过时。”
▲火花塞制造(zao)商NGK|NTK试生产的固态(tai)电池样品(pin)
因此，NGK|NTK在2018年4月宣布将大力研发固(gu)(gu)态(tai)电(dian)池项目，该公司(si)表(biao)示，他们(men)过去在先进(jin)陶瓷工艺方面的专(zhuan)业技(ji)术(shu)将为该公司(si)的固(gu)(gu)态(tai)电(dian)池研发提供技(ji)术(shu)基础。
戴森入局固(gu)(gu)态(tai)(tai)电池的动(dong)机与博世和NGK不同，该公司并不想成为一家固(gu)(gu)态(tai)(tai)电池供应商，而是想要自己打造电动(dong)汽(qi)车。
2015年(nian)，戴森(sen)以9000万美(mei)元的价(jia)格收购(gou)了(le)(le)美(mei)国(guo)固态(tai)电(dian)池初创公(gong)司Sakti3，并(bing)在第二年(nian)斥资14亿美(mei)元建造(zao)了(le)(le)固态(tai)电(dian)池工厂。当固态(tai)电(dian)池的研发(fa)步入正轨之后(hou)，戴森(sen)在2017年(nian)正式宣布了(le)(le)进军电(dian)动(dong)汽车产业，致力于(yu)打造(zao)高(gao)端电(dian)动(dong)汽车品牌。
在随后(hou)的两(liang)年里(li)，电动(dong)(dong)汽(qi)车的浪潮席卷全(quan)球(qiu)，但戴森并(bing)(bing)没有如人们预料地推出电动(dong)(dong)汽(qi)车的样品(pin)。时(shi)间(jian)来(lai)到了2019年10月(yue)10日（北(bei)京时(shi)间(jian)10月(yue)11日），当天(tian)凌(ling)晨，戴森正式宣布放弃(qi)电动(dong)(dong)汽(qi)车项(xiang)目(mu)，并(bing)(bing)声(sheng)称(cheng)该(gai)公司(si)已经(jing)研发出了电动(dong)(dong)汽(qi)车的原(yuan)型车，但并(bing)(bing)没有为找到该(gai)产(chan)品(pin)的目(mu)标用户(hu)。
不过，根据戴森(sen)公开(kai)信(xin)中透露出(chu)的信(xin)息(xi)，戴森(sen)公司并没(mei)有打算放弃(qi)已经投入海量资(zi)源的固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)项(xiang)目，并将继续推(tui)动固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)的量产与(yu)落地。
虽然(ran)跨界的(de)玩(wan)家并不(bu)多，但从(cong)投入(ru)金(jin)额与部署力度来看(kan)，传统汽(qi)车零(ling)部件供(gong)应(ying)商与其他(ta)领域的(de)玩(wan)家也非常看(kan)好固态动力电池的(de)前景。
六、产业尚处于早期发展阶段 三条技术路线并行
尽管(guan)众多整车(che)厂、Tier1、动力电池(chi)供(gong)应商已(yi)经涌入固态电池(chi)领域(yu)，提前开启了卡位赛模式。但从第一部分对比过的成本与技术成熟度(du)的角度(du)上(shang)来看，固态电池(chi)仍处于(yu)产(chan)业的早期发展阶段(duan)，距离真正(zheng)的量(liang)产(chan)落(luo)地还(hai)有相当长的一段(duan)时(shi)间(jian)。
目前确定搭载(zai)固(gu)态(tai)电(dian)池并开始量产的车(che)型(xing)也仅有(you)奥迪(di)PB18 e-tron一款，第一批只生产50辆(liang)。据了(le)解，这一车(che)型(xing)的售(shou)价将会颇(po)为昂贵。其中(zhong)，恐(kong)怕(pa)有(you)一大部分成本属于车(che)辆(liang)内部的固(gu)态(tai)电(dian)池。
▲奥迪PB18 e-tron
据(ju)了解，奥(ao)迪(di)(di)的(de)这(zhei)款(kuan)纯(chun)电(dian)超(chao)跑将会配(pei)置(zhi)800V的(de)高(gao)压电(dian)气架构，在动力方(fang)面，奥(ao)迪(di)(di)PB18 e-tron将会搭载三电(dian)机(ji)动力系统，与(yu)Quattro全时(shi)四驱系统相配(pei)合，其(qi)输出功率可(ke)达(da)到(dao)500kW，如果(guo)通过增压，这(zhei)一功率可(ke)以在一段时(shi)间内(nei)冲(chong)到(dao)570kW。而其(qi)高(gao)达(da)830N/m的(de)组合扭矩使其(qi)0-100km/h的(de)加速(su)时(shi)间缩短(duan)到(dao)了2秒(miao)以内(nei)，这(zhei)个(ge)数据(ju)已经达(da)到(dao)了目前勒(le)芒赛(sai)车的(de)水平。据(ju)外媒报(bao)道(dao)，这(zhei)款(kuan)车型的(de)WLTP续航里程将可(ke)能超(chao)过500公(gong)里。
显然，奥迪(di)在固态(tai)电池(chi)(chi)上的投资是值得的，固态(tai)电池(chi)(chi)将拥有远超(chao)三元锂电池(chi)(chi)的充(chong)放电功率、循环寿命以及轻(qing)量化(hua)的电池(chi)(chi)系统，这些条件将为(wei)PB18 e-tron这款电动超(chao)跑带来(lai)一(yi)般(ban)电动汽车无法媲美的性能。
1、技术难点：固态电解质离子电导率低、高界面阻抗
那么，既然固(gu)态电池(chi)能(neng)够为(wei)电动汽车提供如(ru)此优秀(xiu)的性能(neng)，为(wei)何没(mei)有(you)尽快投入实用呢(ni)？
正如(ru)文章第一部分所提(ti)到的，固态电(dian)解质材(cai)料虽(sui)然在安全性与部分电(dian)化学性能(neng)上优(you)于(yu)液态电(dian)解质，但由于(yu)其固体的形态，也存在着先天的缺陷(xian)。
众所(suo)周知，化(hua)学反应所(suo)选择(ze)的(de)介质通(tong)常会选择(ze)液(ye)体，这是因为离(li)子在(zai)液(ye)态的(de)物质中更(geng)容(rong)(rong)易(yi)移动，也更(geng)容(rong)(rong)易(yi)发生反应。
固(gu)(gu)态电(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质的(de)(de)(de)第一大(da)技术难点就是锂(li)离子(zi)的(de)(de)(de)迁移效率，这直(zhi)接影响(xiang)了固(gu)(gu)态电(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质的(de)(de)(de)离子(zi)电(dian)(dian)(dian)导率。据(ju)了解(jie)(jie)(jie)，目前(qian)绝大(da)多数(shu)(shu)的(de)(de)(de)固(gu)(gu)态电(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质的(de)(de)(de)离子(zi)电(dian)(dian)(dian)导率在10^-7—10^-2 S/cm之间，而目前(qian)三元锂(li)电(dian)(dian)(dian)池(chi)所使用的(de)(de)(de)液态电(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质的(de)(de)(de)离子(zi)电(dian)(dian)(dian)导率为10^-2 S/cm，绝大(da)多数(shu)(shu)固(gu)(gu)态电(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质的(de)(de)(de)离子(zi)电(dian)(dian)(dian)导率低于液态电(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质，影响(xiang)了固(gu)(gu)态电(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)实用性能。
另一个(ge)问题出在固态(tai)电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质与(yu)电(dian)(dian)极的(de)接触上，液态(tai)电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质可以最大限(xian)度地(di)与(yu)电(dian)(dian)极保持接触，而固态(tai)电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质与(yu)电(dian)(dian)极之间(jian)很难做到完美贴合，如此一来，电(dian)(dian)极与(yu)电(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)质之间(jian)的(de)界面阻抗(kang)就会(hui)上升，同样影响固态(tai)电(dian)(dian)池的(de)实用性能。
2、三大技术路线：聚合物、无机氧化物、无机硫化物
针对上(shang)述的(de)技术(shu)难点，近十年(nian)内(nei)，学界与业界不断涌现(xian)出新的(de)解决方案(an)。目前，已经有三条较为成熟(shu)的(de)技术(shu)路(lu)线：聚(ju)合物电(dian)解质、无机(ji)氧化物电(dian)解质以及无机(ji)硫(liu)化物电(dian)解质。
a.聚合物电解质：
材料：聚(ju)(ju)环(huan)氧乙(yi)烷、聚(ju)(ju)丙烯(xi)腈、聚(ju)(ju)甲基丙烯(xi)酸甲酯(zhi)、聚(ju)(ju)氯乙(yi)烯(xi)、聚(ju)(ju)偏氟乙(yi)烯(xi)等。
研究公司：宁德时代、Solid Power、Seeo、ionic materials、Bollore集团子公司BatScap。
使(shi)用(yong)这(zhei)一电(dian)(dian)解质(zhi)的(de)固态电(dian)(dian)池率(lv)先实(shi)现小规模量产，技(ji)术已经较成熟，易于加(jia)工、电(dian)(dian)极界(jie)面阻抗可控。但其性能上(shang)限(xian)较低，高温条件(jian)下才具备高离子电(dian)(dian)导(dao)率(lv)，室(shi)温条件(jian)下离子电(dian)(dian)导(dao)率(lv)极低。这(zhei)些(xie)条件(jian)限(xian)制了聚合物固态电(dian)(dian)池的(de)能量密(mi)度上(shang)限(xian)，最(zui)终能量密(mi)度很(hen)难超过300Wh/kg。
法(fa)国(guo)博洛雷公(gong)司最先将(jiang)(jiang)这类固(gu)态电(dian)池商业化，2011年12月，该公(gong)司将(jiang)(jiang)搭载(zai)30kWh固(gu)态聚合物电(dian)池+双(shuang)电(dian)层电(dian)容器动力系统的电(dian)动车推向共(gong)享汽车市(shi)场，共(gong)计投入(ru)2900辆，设立900座服(fu)务(wu)(wu)站与(yu)近4500台充电(dian)桩。服(fu)务(wu)(wu)用户合计达到18万人(ren)以上，其中近4成(cheng)的约7万人(ren)为活(huo)跃用户，每天的利用次(ci)数约为1.8万次(ci)。
但早期的(de)(de)技术限制使得该项(xiang)目(mu)并不具备(bei)(bei)(bei)大规模(mo)商业化(hua)的(de)(de)价值(zhi)，该电池能量(liang)密度(du)仅为(wei)110Wh/kg，并需(xu)要配备(bei)(bei)(bei)200W的(de)(de)加(jia)热元件为(wei)其加(jia)温。停车时，该加(jia)热器(qi)也(ye)需(xu)要处于工作状态(tai)，停车时必须连接充电器(qi)，电池功(gong)率(lv)密度(du)低，使得需(xu)要为(wei)紧急(ji)起步、紧急(ji)加(jia)速(su)等大功(gong)率(lv)放点场景配备(bei)(bei)(bei)双(shuang)电层电容器(qi)。如(ru)此一来，这(zhei)类聚合物(wu)固(gu)态(tai)电池的(de)(de)实用(yong)价值(zhi)就大打折(zhe)扣了。
b.无机氧化物电解质：
材料：薄膜(mo)型(xing)（LiPON）、非(fei)薄膜(mo)型(xing)（LLZO）。
研(yan)究公司：Sakti3、Quantum Scape、muRata、TDK、NGK|NTK。
无机氧(yang)化物(wu)电(dian)(dian)(dian)解质对比上述聚合(he)物(wu)电(dian)(dian)(dian)解质，在室温(wen)下拥有更高(gao)的离子(zi)电(dian)(dian)(dian)导率，但(dan)界面阻抗也更高(gao)。但(dan)好(hao)在界面阻抗可以采用缓(huan)冲(chong)层填充等方法来(lai)进行规避，因此(ci)这类固态电(dian)(dian)(dian)池已(yi)经具备实用价值，并且已(yi)有产品投入市场(chang)。
应(ying)用(yong)无机(ji)氧(yang)化物电解(jie)质的(de)固(gu)态(tai)电池又可(ke)以(yi)分为薄膜(mo)型(xing)(xing)固(gu)态(tai)电池与非薄膜(mo)型(xing)(xing)固(gu)态(tai)电池。
薄膜型固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)优点(dian)是性能(neng)优异，能(neng)在50C的(de)(de)工作环境下，循环45000次后，仍(reng)然保持95%的(de)(de)电(dian)池(chi)(chi)容量。但缺点(dian)是扩容困难(nan)，单体薄膜型固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)容量很小，不到mAh级别，对于(yu)动力(li)电(dian)池(chi)(chi)所需的(de)(de)Ah级别，需要串联大量薄膜电(dian)池(chi)(chi)来(lai)实现，这一过程会使得固态(tai)电(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)生产工艺难(nan)度增(zeng)加，造价直线飙升。
对比之下，非(fei)薄膜(mo)型固态电(dian)池的实用性能(neng)要(yao)高(gao)得多，其离子电(dian)导率(lv)略低于(yu)薄膜(mo)型产(chan)品，但远高(gao)于(yu)聚合物(wu)体系，且可以生产(chan)成(cheng)容量型电(dian)池而非(fei)薄膜(mo)型态，减少了生产(chan)成(cheng)本，是当下中国动(dong)力电(dian)池企业关注的焦点，上文中提到(dao)的辉能(neng)科技与清陶能(neng)源都选择(ze)了这条路线。
c.无机硫化物电解质：
材料：Thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS。
研究公(gong)司：丰(feng)田、松下、宁(ning)德时代(dai)、三星SDI。
这条(tiao)路(lu)线是目前三条(tiao)主流路(lu)线中开发难度最大、性(xing)能(neng)潜力(li)也最大的一条(tiao)路(lu)线。
开发(fa)难度大主要是由于(yu)该电(dian)解质材(cai)料还处于(yu)研发(fa)的早期阶段，电(dian)池产(chan)品对环(huan)境十分(fen)敏感，也存在安全(quan)问题。其内部的硫化(hua)物电(dian)解质对空气(qi)(qi)敏感，容易氧(yang)化(hua)，遇水(shui)(shui)易产(chan)生 H2S 等有(you)害气(qi)(qi)体，生产(chan)过程需隔(ge)绝(jue)水(shui)(shui)分(fen)和氧(yang)气(qi)(qi)。
而(er)性能(neng)(neng)(neng)潜力(li)大(da)则是因为硫(liu)化物电(dian)解质(zhi)离(li)子电(dian)导(dao)率能(neng)(neng)(neng)与液态电(dian)解质(zhi)媲(pi)美；电(dian)化学(xue)窗口达到5V以(yi)上，可满足快(kuai)充快(kuai)放(fang)的需求；并且应(ying)用前(qian)景(jing)广泛，能(neng)(neng)(neng)够用于电(dian)动汽车、消费(fei)电(dian)子等(deng)领域(yu)。
因此，汇聚在这一条路线(xian)上的几乎都是动力电(dian)(dian)池产(chan)业最顶尖的玩家。据了解，丰田(tian)已经研(yan)发出了Ah级别的动力电(dian)(dian)池，并制成了较大的电(dian)(dian)池组(zu)样品，宁(ning)德时(shi)代也已对硫化物固态电(dian)(dian)池进行了前(qian)瞻布局，并设计好了工艺路线(xian)。
三条(tiao)路线综合来看，聚合物(wu)电解质(zhi)、无机(ji)氧化物(wu)电解质(zhi)、无机(ji)硫化物(wu)电解质(zhi)的性能各有优劣，且因为技术的成(cheng)熟(shu)程度不(bu)同(tong)，未来落地的时间表(biao)也有所不(bu)同(tong)。
不过从车企(qi)与动力电(dian)(dian)(dian)池公司(si)规(gui)(gui)划的时(shi)间表来看，固(gu)态电(dian)(dian)(dian)池的落(luo)地(di)(di)(di)节(jie)奏依(yi)然有迹可循(xun)。据了解(jie)，这(zhei)一(yi)技术(shu)最早将(jiang)会(hui)在(zai)(zai)明年(nian)小范围地(di)(di)(di)量产上车，早期(qi)将(jiang)会(hui)集中配置在(zai)(zai)高(gao)端车型(xing)上。真(zhen)正(zheng)大规(gui)(gui)模实现量产落(luo)地(di)(di)(di)，在(zai)(zai)消费级市(shi)场普(pu)及将(jiang)会(hui)在(zai)(zai)2025年(nian)之后。因此，目(mu)前(qian)固(gu)态动力电(dian)(dian)(dian)池产业(ye)仍然只是车企(qi)与动力电(dian)(dian)(dian)池供应商的卡位赛，距(ju)离落(luo)地(di)(di)(di)还(hai)有一(yi)段(duan)距(ju)离。
结语：固态动力电池风口即将到来
固态电(dian)池(chi)因其(qi)高(gao)能量密度、安全性、稳定性，被学界(jie)与业界(jie)同时认定为是下一代动力电(dian)池(chi)的主流路线，丰(feng)田、宝马、本田、日产、现代、大众(zhong)等国(guo)际车(che)企与北汽(qi)、比亚迪等自(zi)主品牌纷纷挤进(jin)固态电(dian)池(chi)产业，提前开(kai)始了卡位赛。
虽然(ran)固(gu)态电(dian)池的(de)落地(di)在整车厂、动(dong)力电(dian)池供(gong)应商的(de)时间表中大多还有3-6年的(de)时间，但(dan)车企、供(gong)应商的(de)入局为(wei)这一产业带来(lai)了(le)资金基础，固(gu)态电(dian)池技(ji)术的(de)成熟速度有望被加快。
尤其是三(san)条清(qing)晰的技术(shu)路线为当下(xia)产业内的公司提供了明确(que)的研(yan)发路径的选择，当三(san)元锂电(dian)池再难满(man)足电(dian)动(dong)汽车(che)的需(xu)求时，外部(bu)环境将会促使固态电(dian)池产业从发展(zhan)期迅速过度到成熟期。
综(zong)合入局玩家数量、资金(jin)基础以(yi)及电(dian)动汽车(che)产业(ye)的需求(qiu)三点来看(kan)，固(gu)态动力(li)电(dian)池产业(ye)的风口或许很快(kuai)就会到来。
