“固態鋰電池要大干快上，引領電動中國。”近日，中國工程院院士陳立泉在第七屆中國電動汽車百人會論壇上喊出這樣的口號。陳立泉表示，液態鋰電池容易引發安全憂慮，300瓦時/公斤能量密度也已到達極限。下一步要發展固態電池，或者逐漸過渡到全固態鋰電池。

對于國產新能源車企來說，剛剛過去的2020年是極具轉折性的一年，補貼全面退坡、“雙積分”接棒、外資品牌殺入國內市場，新能源車企也因此被迫走出“溫室”，應對殘酷的叢林法則。動力電池是新能源汽車的“心臟”，占整車成本的30%至40%，也正因如此，動力電池產業一度被認為是汽車工業下一個時代的突破點，然而隨著政策降溫、外資品牌卷土重來，動力電池行業也面臨著和新能源汽車行業一樣的嚴峻挑戰。

目前來看，動力電池行業確實迎來了新的變數，近段時間以來，蔚來發布續航里程達1000公里的150度固態電池包，稱將在2022年四季度交付。豐田計劃在2021年首次亮相搭載了固態電池的量產車。根據主要車企的規劃，搭載固態電池的產品預計最早于2022年以后量產。如果全固態電池全面量產，則意味著里程焦慮將被徹底打破，電池安全性也有了突破性保障，電動汽車將打破性能“天花板”。

固態電池領域加速“軍備競賽”

固態電池，即全固態鋰二次電池。在傳統的液態鋰離子動力電池中體系中，正負極所用的材料在很大程度上決定了電池的本身的帶電量，即能量密度，而電解液與隔膜是作為鋰離子的傳輸媒介存在于電池結構中。而在固態電池的結構中，因其固態電解質既可傳導鋰離子也可起到隔膜的作用，因此在固態電池中，電解液，電解質鹽 隔膜與黏接劑聚偏氟乙烯等材料都可以被省略。同時，因其固態電解質總體而言結構較為穩定，加上其電解質不易泄漏，易封裝及工作范圍寬等特性，所以安全性和操作性也得到了顯著提升。

目前，市場上主流的固態電池按電解質的不同可分為三種類型：即聚合物，硫化物與氧化物。其中，聚合物電解質屬于有機電解質，而后兩種屬于無機電解質。

氧化物電解質的優勢是穩定性好，循環壽命長（可達1000次以上），能量密度較高，倍率性能較好，同時成本較低；主要缺陷是界面接觸問題尚未完美解決。相比之下，硫化物電解質工業化較難，與電極接觸時的界面阻抗普遍較高；聚合物電池在移動電源市場上已經做到了量產，但是充電倍率較差，能量密度較低。從聚合物技術路線看，與硫系及氧化物相比，聚合物技術路線不占優勢，但是在集成方面，聚合物技術路線還是有一些優勢的。總體來看，氧化物固態電池是綜合前景最好的。

在這一趨勢下，多家企業都開始布局固態電池專利領域。近期寧德時代對外公布了兩種固態電池的相關專利：一種固態電解質的制備方法，另一種硫化物固態電解質片及其制備方法。其中，引人關注的是一種固態電解質的制備方法，該專利是將鋰前體、中心原子配體分散于有機溶劑中，形成反應初混液；將硼酸酯分散于有機溶劑中，形成改性溶液；將反應初混液與改性溶液混合，干燥，得到初始產物；對初始產物研磨、冷壓、熱處理得到固態電解質。在本申請所提供的制備方法中，制得的硫化物固態電解質的離子電導率得到顯著提升，從而也利于全固態電池的能量密度的發揮。

另外一家新能源巨頭比亞迪在固態電池研究上已未雨綢繆多年。近日根據國家知識產權局的信息，比亞迪公布了283項專利授權，涉及固態電池、電池熱管理、自動駕駛控制系統等技術。其中有一項是“一種正極材料及其制備方法、一種固態鋰電池”，申請日期為2019年7月17日，申請公布日為2021年1月19日，公開號CN112242519A。本發明還提供了正極材料的制備方法和固態鋰電池。該正極材料可同時構建鋰離子傳輸通道和電子傳輸通道，極大的提升了固態鋰電池的容量發揮、首圈庫倫效率、循環性能和高倍率性能。還有一個專利也跟固態電池有關，名為“一種鋰離子電池固態電解質及其制備方法和固態鋰離子電池”，申請日期為2019年7月19日，申請公布日同樣為2021年1月19日，公開號CN112242557A。據報道，比亞迪稱預計最早將于2021年量產固態電池，2022年應用到旗下高端車型當中。

中國方面，部分企業已進入固態鋰離子電池（半固態電池）測試階段，2025年前或可實現量產，如寧德時代、輝能科技、比亞迪等。

國外方面，最早在固態電池領域布局的車企是日本豐田，近日有媒體報道稱豐田已經在某些概念車上測試了固態電池，這些電池的限量生產計劃將在2025年左右開始。韓國方面，2020年11月，三星SDI、LG化學和SK創新同意聯手開發核心電池技術，此外，三家公司將成立一個規模1000億韓元（約合9000萬美元）的基金，它們將共同投資于研發項目，來打造下一代電池產業生態系統，其中就包含了固態電池技術。歐洲則謀求在固態電池領域翻盤，歐美各大車企紛紛投資固態電池初創企業。例如美國高校衍生的初創企業Solid Power、Solid Energy Systems、Quantum Scape等。

很明顯，固態電池領域已經進入“軍備競賽”階段，市場參與者眾多，車企、電池企業、投資機構、科研機構等在資本、技術、人才三方面進行博弈。

全固態電池五年內量產只是幻想

雖然固態電池已經取得了重要進展，但仍有不少問題有待解決，一是重塑供應鏈，固態電池相比現有成熟的液態鋰電池技術變化巨大，需要重塑本就極其復雜的鋰電池供應鏈。二是降低成本，固態電池采用的預鋰化硅碳負極或遠景金屬鋰負極、高鎳正極、固態電解質等新科技材料生產成本遠高于目前對應的材料，成本下降過程極其艱巨漫長。三是快充性能不佳。

值得注意的是，“固態”鋰電池和“全固態”鋰電池的概念常被混淆。根據電解質的不同，鋰離子電池可以分為液態鋰電池、混合固液鋰電池和全固態鋰電池三大類。實際上，半固態鋰電池、準固態鋰電池、固態鋰電池均屬于“混合固液鋰電池”范疇，只是液體電解質與固體電解質比例不同。兩者的區別在于，混合固液鋰電池仍然含有一定量液體電解質，而全固態鋰電池只含有固態電解質，不包含任何液體電解質。

鑒于固態電池面臨的技術和經濟性挑戰，其商業化路徑線應該從小容量電池逐漸過渡到大容量的動力電池領域，也會從固液混合的“半固態”“混成固態”發展到“全固態”。

我們目前只是站在起點，距離終點商業化量產全固態電池至少需要十年時間。而蔚來在今年NIO Day 2020 活動上正式推出的150千瓦時的固態電池包其實是固液混合電池或者半固態電池。這是固態電池到來前的一個過渡方案，也就是同時使用固態電解質和電解液，但是兩者混合的比例和安全性目前在國際上還沒有定論。對此，蔚來董事長李斌在接受媒體采訪時也曾表示，目前他們采用的并非全固態電池，電池內部還是帶有部分液體的。

但是即便是初級階段的半固態電池也能讓蔚來ET7的標準續航里程達到1000公里左右。另一款搭載固態電池的哪吒U即將小批量產，據悉，該車的固態電池能量密度有望超過500Wh/kg，即如果一臺續航600公里的鋰離子電池電動車把電池換成固態電池，續航可以超過2000公里。這種指數級的續航提升是非常具有跨時代意義的。

基于各國動力電池技術路線的比較，短期來看是液態電解液的鋰離子電池，發展高鎳三元正極和硅炭負極，相比于三元鋰離子電池，目前的混合固液產品能量密度有所提升，安全性可大幅提高，能夠滿足整車企業的需求，是全固態電池技術尚未突破情況下的務實選擇。

我們以蔚來的固液混合電解質電池為例，即便是這種半固態電池，其360Wh/kg的能量密度依然吊打現階段主流三元鋰電池。為了提升電池的熱穩定性和安全性，蔚來提出的解決方案是“納米級包覆”。納米級表面包覆層能夠很好的抑制電解液的分解和材料的表面相變，是提升高鎳三元材料穩定性的有效方法。但包覆太厚會影響鋰離子從正極材料的脫嵌，因此采用的是納米級的包覆，即把包覆做薄。雖然不能稱之為真正的固態電池，但蔚來此次發布的“半固態電池包”確實結合了當前最為前沿且可以實現的動力電池技術，一切按部就班的話，2022年交付使用裝車問題不大。

直播車市

在一項新事物誕生之初，無論是一昧的捧還是一昧的踩，都不是一種理智的行為；只有摒棄掉被他人影響而戴上的有色眼鏡，通過對技術的探討，才能真正了解這款事物的真實狀況。真正的固態電池距離來到現實生活確實還需要時間與技術的積淀，但是它帶來的震撼已經昭然若揭。