［愛卡汽車 前沿科技 原創］
在剛剛過去的春節假期中，隨著電動車保有量的逐年提升，電動車主在高速服務區徹夜排隊充電、甚至為此大打出手的新聞再次榮登新聞頭條。據中消協釋出的2022年度春節消費維權輿情分析報告顯示，“高速充電難，無解決方案”成了春節消費維權的典型案例。
事實上，如果要徹底解決 “每逢佳節必添堵”的充電難題，除了依賴於基礎設施的普及和建設，提升車載電池組儲能效率也幾乎是”必選項”。據工信部公佈的《中國製造2025》中對電池技術的相關指導意見，到2025年、2030年兩個時間節點，動力電池單體能量密度需達到400Wh/kg、500 Wh/kg。而目前佔車載電池主流份額的液態鋰離子電池，就算在最新技術的加持下，也很難突破400Wh/kg的能量密度上線。
或許在您看來這些資料枯燥無比，毫無意義。那我們不妨以市售電動車為例，長續航版的特斯拉Model 3共有4416個電芯，電池組重量為477。3kg，容量為78。4kWh，經計算能量密度僅為167W/kg，而該車的CLTC續航里程為675km，也就是說，一旦電池能量密度突破400Wh/kg大關，車輛續航里程輕鬆突破1000km幾乎沒有難度。對此，同等重量下能量密度更高、同時也具備更好安全效能的固態電池技術被看做車載電池的終極形態，也因此成了眾多電動車企的未來的發展方向。甚至有相關人士放出狠話：“一旦固態電池得以普及，就是傳統燃油車淘汰之時。”
這不禁令人好奇，固態電池真的是電動車的”萬金油“嗎？
只要將多汁的檸檬或其他水果，然後在兩端分別插入銅、鋅兩種化學性質不同的金屬片，再用導線將金屬片兩端連線起來，就可以製成最簡單的“水果電池”。
固態電池究竟好在哪？
作為目前純電動車核心技術的電池，其實底層原理並不複雜。只要將多汁的檸檬或其他水果，然後在兩端分別插入銅、鋅兩種化學性質不同的金屬片，再用導線將金屬片兩端連線起來，就可以製成最簡單的“水果電池”。這種“水果電池”的核心原理在於：檸檬兩端的銅片和鋅片的電化學活性不同，其中更活潑的那邊的金屬片（銅片）能與檸檬汁起化學作用產生了正電荷，另外一片（鋅片）就會產生負電荷，因此產生電流。與此同時，檸檬汁充當電解液，在正負極中起傳導電離子，以產生電流。
面對低溫環境，電池中的電解液會變得黏稠、而鋰離子遷移速率變慢，導致電池活性降低，這也是大多數電動車在冬天裡程大幅縮減、充電效率降低的重要原因。
目前主流的車載鋰電池中，仍需電解液在電池充放電過程中使離子在正負極之間運動，從而構成整個電路迴路產生電流。對於車載鋰電池而言，反覆充放電會導致鋰離子在反覆沉積和析出過程中，金屬鋰負極表面容易生長出鋰枝晶，併發生粉化。這種現象輕則降低電池儲能，縮短電池壽命；嚴重時則會穿透電池間的隔膜，引發漏液和短路，造成車輛自燃。不僅如此，面對低溫環境，電池中的電解液會變得黏稠、而鋰離子遷移速率變慢，導致電池活性降低，這也是大多數電動車在冬天裡程大幅縮減、充電效率降低的重要原因。
反覆充放電會導致鋰離子在反覆沉積和析出過程中，金屬鋰負極表面容易生長出鋰枝晶，這種現象輕則降低電池儲能，縮短電池壽命；嚴重時則會穿透電池間的隔膜，引發漏液和短路，造成車輛自燃。
相比於此，固態電池使用固體材料作為離子移動的電解質，由於電池中不存在液體，因而就不需要傳統液態鋰電池複雜的封裝系統。此外，由於其性質更穩定，因此在固態電池中也不需要配置溫度控制部件。這也就意味著，相同重量的一組液態和固態電池，就像是同樣大小的柚子和西瓜，後者“果肉”（電芯）所佔比重遠超前者，因此電池能量密度大幅提升。
相同重量的一組液態和固態電池，就像是同樣大小的柚子和西瓜，後者“果肉”（電芯）所佔比重遠超前者，因此電池能量密度大幅提升。
事實上，固態電池的優勢遠不止於更高的能量密度，固體電解質更穩定的物理性質意味著這種電池不會因為外界環境的變化容量驟減，而且使用壽命也比液態鋰電池長得多。
當前參與固態電池研發的企業和機構（不完全），除了車企，初創公司及大學研究機構也佔了很大比例。
固態電池既然這麼好，為什麼遲遲不量產？
相比於傳統鋰電池，固態電池容量大、更安全、使用壽命也更長，優勢可謂相當明顯。但是，在研發層面可謂困難重重。儘管從新勢力車企Fisker、蔚來，到傳統車企豐田、大眾、寶馬，在該技術上均有所佈局。但時至今日，還尚未有一款量產車搭載固態電池。甚至早在2017年就申請了固態電池專利的Fisker公司已於2021年公開宣佈徹底放棄研發該技術。
對於固態電池技術，Fisker創始人Henrik Fisker坦言：“固態電池是一種這樣的技術，當你覺得已經完成了90%，幾乎達到目標時，然後你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。因此現在，我們完全放棄了固態電池，因為真的無法落地。”
對此，Fisker創始人Henrik Fisker坦言：“固態電池是一種這樣的技術，當你覺得已經完成了90%，幾乎達到目標時，然後你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。因此現在，我們完全放棄了固態電池，因為真的無法落地。”而對於該技術的前景，這位寶馬Z8的設計師同樣給出了悲觀的預期：“我個人認為，不管是哪種形式的量產，固態電池都至少還需要7年。”
諷刺的是，讓固態電池技術遲遲不能量產落地，進而困擾著全球車企和電池製造商的技術難題恰恰就是固態電解質本身。目前，全球範圍內成型的電解質技術路線一共分為三種：聚合物、氧化物和硫化物。（配圖為豐田固態電池結構圖）
諷刺的是，讓固態電池技術遲遲不能量產落地，進而困擾著全球車企和電池製造商的技術難題恰恰就是固態電解質本身。目前，全球範圍內成型的電解質技術路線一共分為三種：聚合物、氧化物和硫化物。其中，以大眾及上汽集團投資的電池製造商QuantumScape為首的歐美企業更傾向於氧化物和聚合物，而豐田和LG化學為首的日韓企業則堅定地站在硫化物這一陣營。
作為搭載固態電池量產車的先行者，法國公司Bolloré與賓法設計公司合作開發的Bluecar早在2011年問世，但電池效能相當堪憂，甚至為了保證該車的續航里程，一些早期的車型即使在停車狀態下，也需要外接一個加熱器。
這三種技術路線可謂各有千秋。其中聚合物電解質加工容易，高溫下導電效能優異，但室溫狀態下導電效能大幅下降，因此這種電池需要配置額外的加熱裝置保持電池始終處於工作溫度。利用該技術，法國公司Bolloré早在2011年就與賓法設計公司合作開發了搭載固態電池的量產車——Bluecar。不過，該車搭載的電池組容量只有30kWh，能量密度只達到了100Wh/kg，甚至還不足現在現在主流液態電池能量密度的一半。
2013年10月14日，法國巴黎一輛用於共享出行的bluecar發生自燃，大火很快燒燬了另一輛停在附近同型號共享車。據悉，在2011-2013年間，共有25輛bluecar發生了自燃。
更致命的是，為了保證該車的續航里程，一些早期的車型即使在停車狀態下，也需要外接一個加熱器。儘管固態電池本身的降低了自燃風險，但這個附加裝置成了最大的隱患。2013年10月14日，法國巴黎一輛用於共享出行的bluecar發生自燃，大火很快燒燬了另一輛附近的車。據悉，在2011-2013年間，共有25輛bluecar發生了自燃。
對此，氧化物固態電解質受外界環境影響小，但加工難度較高，前文提及的QuantumScape，研發出了加工更容易的非薄膜電解質，並被眾多業內人士看做未來最有量產商業化前景的固態電池技術。
2021年9月，豐田正式宣佈，將投資135億美元用於研發包括固態電池在內的下一代電池技術。同年11月，該公司推出了首款搭載固態電池的概念車——LQ Concept。
相比前兩種技術，硫化物起步最晚，但由於其導電效能最好，且支援高壓快充技術，因此被豐田、三星和寧德時代等一眾亞洲企業看好，2021年9月，豐田正式宣佈，將投資135億美元用於研發包括固態電池在內的下一代電池技術。同年11月，該公司推出了首款搭載固態電池的概念車——LQ Concept，不同於各種PPT造車企業所熱衷的”1：1大比例車模”，這款概念車在接下來會在開放道路上進行測試，並驗證固態電池的穩定性。
即使試驗車已經上路，一向以保守穩健著稱的豐田還是決定直到2025年，才會小規模投產固態電池。並且首批產品將應用於自家的混動車型上，而非純電車型。
即使試驗車已經上路，一向以保守穩健著稱的豐田還是決定直到2025年，才會小規模投產固態電池。並且首批產品將應用於自家的混動車型上，而非純電車型。對於這個規劃，豐田研究所（Toyota Research Institute）負責人Gill。Pratt給出瞭解釋：“目前的固態電池製造成本居高不下，而混動車型所需的電池容量較小，不僅可以有效控制成本，同時混動車型更頻繁的充放電也使其成為了驗證電池壽命和可靠性的完美平臺。”
固態電池為什麼遲遲不量產？
除了豐田，其他的車企的固態電池量產時間表呢？
事實上，除自研電池技術的豐田，大部分車企選擇收購或投資相關企業，坐等“勝利果實”。去年11月，戴姆勒集團（現已更名梅賽德斯-賓士集團股份公司）宣佈與固態電池技術公司Factorial Energy達成戰略合作，2022年開始研發測試，2025年推出搭載固態電池的原型車並最終在2030年實現量產；無獨有偶，就在與賓士簽約的前一個月，現代集團也入股了這家致力於固態電池研發的公司。此外，同年12月全球第四大車企Stellantis集團宣佈，與該公司正式簽署固態電池聯合開發協議，其合作結果最早將於2026年亮相。
就在賓士宣佈投資Factorial Energy後不久，該公司再度宣佈與中國臺灣固態電池研發其也ProLogium達成協議，賓士向該公司投資，兩家公司共同研發固態電池，並規劃歐洲建廠。
有趣的是，就在賓士宣佈投資Factorial Energy後不久，該公司再度宣佈與中國臺灣固態電池研發其也ProLogium達成協議，賓士向該公司投資，兩家公司共同研發固態電池，並規劃歐洲建廠。
在眾多研發固態電池的車企中，最令人玩味的是通用集團，先是在2018年投資了固態電池公司Solid Energy Systems，隨後又於今年10月宣佈成立電池研發中心。
此外，寶馬與另一家固態電池的初創公司——Soild Power達成協議，將投資1。3億美元進行研發，如果過程順利，同樣將於2025年推出原型車並於2030年實現量產。在該公司的投資者名單中，還包括福特集團。最令人玩味的是通用集團，先是在2018年投資了固態電池公司Solid Energy Systems，隨後又於今年10月宣佈成立電池研發中心。
早在兩年前的“NIO Day 2020”上，蔚來就在首款轎車ET7亮相的同時，高調宣佈該車將搭載能量密度360kWh/kg的固態電池，得益於此，該車續航將輕鬆突破1000km。
蔚來：我完全不明白，為什麼到2025年才量產固態電池
早在兩年前的“NIO Day 2020”上，蔚來就在首款轎車ET7亮相的同時，高調宣佈該車將搭載能量密度360kWh/kg的固態電池，得益於此，該車續航將輕鬆突破1000km。然而，隨後公佈的新車申報資訊卻毫無保留的揭穿了謊言。在車輛配置中，赫然出現了“三元鋰/磷酸鐵鋰電池”字樣。對此，幾天前還信心滿滿的李斌只能略顯尷尬的解釋道：“目前蔚來採用的也並非全固態電池，還是帶有液體（電解質）的。”
隨後公佈的ET7新車申報資訊卻毫無保留的揭穿了謊言，在車輛配置中，赫然出現了“三元鋰/磷酸鐵鋰電池”字樣。
對於ET7搭載的電池，李斌略顯尷尬的解釋道：“目前蔚來採用的也並非全固態電池，還是帶有液體（電解質）的。”
事實上，ET7所搭載的電池已然是目前液態電池的天花板，該電池組不僅採用了超高鎳和無機無機預鋰化矽作為正負極材料，同時還創新的採用了原位固化固液電解質，得益於此，該電池組才達到了近乎極限的360kWh/kg能量密度。即使如此，從結構上分類，該電池組的電解液仍存在液體成分，也保留了隔膜。嚴格意義上仍是液態鋰電池的範疇。為了緩解尷尬，並安撫蔚來粉絲們的情緒，公關們絞盡腦汁的給ET7搭載的電池取了一個新名字——半固態電池。
蹭“固態電池”熱點的遠不止蔚來一家，於去年上市的東風風神E70也號稱搭載了電動汽車行業的“聖盃”——固態電池，但在其電池供應商贛鋒鋰業的官方資料中，卻明確指出：目前該公司的電池均採用“固液混合電解質”，而真正的固態電池，尚在與東風研發過程中。
然而，蹭“固態電池”熱點的遠不止蔚來一家，於去年上市的東風風神E70也號稱搭載了電動汽車行業的“聖盃”——固態電池，但在其電池供應商贛鋒鋰業的官方資料中，卻明確指出：目前該公司的電池均採用“固液混合電解質”，而真正的固態電池，尚在與東風集團共同研發過程中。
總結
正如高級別駕駛輔助系統的不同技術路徑一樣，未來的電池技術肯定也是多路徑共同發展。就像是一向不按常理出牌的特斯拉，就於2020年推出了4860電池，在液態電池的基礎上，透過無模組設計，將體積重量大幅縮減，得益於此，其能量密度達到了驚人的300Wh/kg。
固態電池技術固然是未來電動車產業的重要發展方向，但若缺乏國家層面的監管和相關標準政策的出臺，造成虛假宣傳、行業亂象叢生，恐怕是消費者和有良知的車企都不願意看到的。
固態電池量產時間表
