固態電池“中場戰事”：豐田向左，大眾向右

2019年，起火、自燃意外成為了電動汽車的又一個“看點”。僅國內，兩個月的時間就有7起自燃事件被爆出，這無疑將動力電池帶來的安全問題推到了風口浪尖。

可對於電動汽車而言，追求更高的電池能量密度和更長的行駛里程又是剛需。即便“動力電池不可能完全消除安全隱患”已經變成公認的事實，一批又一批的高密度高續航產品仍然不可避免地紛至沓來。

在本屆法蘭克福車展上，高續航純電動車型再次不出意外地成為了人們關注的焦點。在這之中，大眾品牌對於電動汽車的“解讀方式”無疑是最大的亮點之一。續航 330-550km的全新ID。3表現不俗，但在大眾看來，這僅僅是個開始。擁有質變級飛躍的固態電池技術已經在大眾的電動化戰略表中明確體現，只是完全實現商業化尚需時日。

這種說法讓我們似曾相識，因為在此之前，日本汽車製造商豐田也曾發表過類似的觀點，將固態電池視為未來的主攻方向。由此我們不禁發問，這是否意味著，固態電池已經代表了電動汽車的未來？在安全性上，它的本質是天使還是魔鬼？它的到來，將為新能源汽車行業帶來光明還是陰霾？

什麼是固態電池？

想要弄清這些問題，就要從動力電池的發展現狀切入分析。按照電池的物理結構進行分析，目前技術涵蓋的電池形態主要分為四種：

液態／凝膠態電池是指只含有液體電解質，半固態（Half solid）液體電解質質量百分比＜10％，準固態／類固態（Nearly solid）液體電解質質量百分比＜5％，全固態（All Solid）不含有任何液體電解質。

按照技術進展來判定，目前，市場中售賣的純電動車採用的鋰離子或鋰聚合物電池，絕大多數均屬於液態／凝膠態電池，只是由於正極材料的不同，又分為了NCA、NCM等不同的電池種類。而這些元素的不同特性，又會決定不同種類電池之間的能量密度有所差異。

隨著技術水平的不斷提升，進入2019年以來，越來越多的車型開始配備能量密度更高的NCM811電池。

811的含義是什麼？這三個數字指代的是三元鋰電池正極材料中鎳鈷錳或鎳鈷鋁的配比為8：1：1，因此811電池即三元鋰電池中的一個細分型別。

需要解釋的是，這三種元素中，鎳的比重越高電池能量密度就越高，但鎳也是金屬活性高的元素，因此它的比重越大電池的安全性也就越低。而鈷元素在三元鋰電池中也起到至關重要的作用，鈷元素可以提高電池的穩定性，同時增加電池的迴圈壽命。

綜合以上資訊可以看出，目前最先進的811電池擁有低穩定性，高能量密度的“雙重人格”，雖然暫時能夠滿足汽車廠商對於車輛續航里程的需求，但安全性註定是個極大的隱患。且在此之後，除了參照特斯拉NCA（A為鋁元素）三種元素9：0。5：0。5的配比進行升級外，這種傳統意義上的三元鋰電池也很難再有更多的上升空間。權衡利弊之後，發展全新形態的電池技術，也理所當然成為了技術專家主攻的方向。

那麼，既然電池種類成百上千，為什麼大家偏偏會選中全固態電池？

頭條君查閱相關資料發現，相比於現階段的液態電池，全固態電池的優勢極其明顯，尤其是在安全層面上，液態鋰電池於過度快充時會產生“枝晶”，刺穿內部隔膜引發電池短路而起火爆炸的危險。而理論上，固態鋰電池則可避免此危險發生。

而在工作原理上，其固態的電解質具有的密度以及結構，可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量和能量密度。

除此之外，固態電池的優勢可總結為：

1）迴圈壽命長

2）工作溫度範圍寬

3）薄膜柔性化

4）回收方便

5）可快速充電

6）與電極材料相容性好

7）耐潮溼環境

而相對應的，全固態電池的缺點只有成本高、產能低這些自身屬性之外的因素而已。

豐田、寧德時代領銜，固態電池研發進行時

雖然全固態電池的產品優勢頗多，但至今還沒有任何一家企業能將這項技術真正用於實踐，由此可見其研發環節的挑戰。而一個更鮮明的例證就是，雖然全球範圍內開展固態電池研究的機構很多，但彼此之間的研發進展還存在著較大差異。

根據不完全統計，全球範圍內約有 50 多家制造企業、初創公司和高校科研院所致力於固態電池技術。其中，中國院校發表的相關SCI 文章居世界首位，而在國際發明專利方面，日本則佔據了全球範圍內的一半以上，豐田更是以26項專利佔據了單一機構中的首位。除此之外，在歐美地區，專攻這一領域的創業公司數量也開始逐漸增多。

如果按照地區劃分，固態電池的海外發展大致集中在法國Bolloré、美國 Sakit3、日本豐田這“三巨頭”身上。他們之中，法國的Bollore的資歷又是最老。

早在2011年10月，Bolloré就開始利用自主開發的電動汽車“Bluecar”和電動巴士“Bluebus”，在法國巴黎及其郊外提供汽車共享服務“Autolib”，幾年來已累計投入了 3000 輛搭載 30 kWh的由 BatScap 製造的固態電池，但尚且沒有在乘用車領域展開攻勢。

美國Sakti3致力於電池技術的研究已有 20 年，並且擁有 70 餘項專利。2015 年 10 月，被真空吸塵器創新者戴森以 9000 萬美金的價格全資收購，以解決應用在其產品中的可充電鋰離子電池續航時間不夠長、安全性有限的問題。

Sakti3 目前存在的最大問題是其採用薄膜沉澱工藝的製造技術，這就造成其成本居高不下，且在未來降低成本的可能性也不算太大。因此在現階段，其產品只能應用於小型家電之中。

與歐美不同，日本則採取 38 家機構聯合的方式研發全固態鋰電池，豐田是其中的龍頭。2018年4月啟動的該專案預計總投資 100 億日元，聯合機構包括了豐田、本田、日產、松下等 23 家汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化學研究所等 15 家學術機構將共同參與研究，計劃到2022 年全面掌握全固態電池相關技術。在全球範圍內，這家規模最大的聯合機構普遍最被看好。

回到國內，由寧德時代領銜的“五小龍”（寧德時代、江蘇清陶、珈偉股份、贛鋒鋰業、北京衛藍）也早已對全固態電池展開深入研究，但發展路徑卻存在很大差異。

CATL 以硫化物電解質為主要研發方向。目前，容量為 325 mAh能量密度為 300 Wh／kg 的聚合物鋰金屬固態電池 300 周迴圈以上剩餘 82％，但也由此可見，距離真正投入商業化尚有一定的差距。

中場逼近，固態電池路在何方？

既然每家企業都無法做到獨當一面，那麼固態電池大規模應用於量產電動車究竟有多遙遠？在這個問題上，不同主機廠給出的答案，是不一樣的。

大眾汽車集團管理董事會主席迪斯

“保守派”如大眾汽車。大眾汽車集團管理董事會主席迪斯在接受汽車頭條APP採訪時明確表示，關於全固態電池量產或工業化生產的規劃將在2023年至2024年間實施，雖然還有幾年時間，但與大眾汽車集團的整體發展步調保持一致。

大眾汽車品牌電池卓越中心負責人 Frank Blome

而在技術領域上，大眾汽車品牌電池卓越中心負責人Frank Blome的態度則更加保守。他向在場媒體坦言，堅信有朝一日固態電池會投放市場，但至今，大眾還沒有在電解質材料上做出最終的決定。因此，固態電池產品化或投入到整車之中，最早也要到2025年。

“激進派”如豐田。在豐田電動化戰略，也就是到2025年豐田旗下所有車型，包括雷克薩斯車型全部都要完成新能源化的目標下，豐田汽車執行副總裁，研發主管寺師茂樹曾公開表示，研發新型固態電池的節奏要逐步加快，並預計將於2020年的夏季奧運會到來之前正式推出市場。

這一方案，比大眾至少提前了3年。但能否如願實現，目前看來尚無定論。

的確，相比歐美等新創企業而言，豐田在固態電池領域的探索要早得多，同時投入的精力也更多。在堅定地側重於硫化物固態電池研發工作多年後豐田透過基礎技術，已經實現了將全固態電池的體積功率密度提高到約2。5 kW / L。與此同時，體積能量密度成功地提高到了高達約400wh/ L，相當於2010年左右的鋰離子電池（LIB）大約2倍的水平。

但實驗資料畢竟無法與商業化直接劃等號。今年6月，豐田汽車公司宣佈與中國電池製造商寧德時代合作，以加快向電動汽車的轉變。而在合作專案上，固態電池位列其中，這一點似乎更加耐人尋味。

據知情人士透露，這很有可能是豐田固態電池研發進展不如預期，甚至可能不理想，至少短期內無法實現量產。但與寧德時代直接掛鉤，以為著中國團隊科研力量的加盟。競爭優勢提升之後，豐田如願完成2020年的技術落地也並非無法完成。

兵馬未動糧草先行，相比之下，大眾在固態電池的發展進度上看似落後，實則更早地在商業模式上展開了探索。

為擺脫亞洲電池製造商的依賴，同時在電池領域取得領先技術，今年6月份，大眾集團宣佈向美國加州科技公司QuantumScape公司投資1億美元，共同建立一家合資公司用來研究固態電池技術，大眾派遣一位高管擔任QuantumScape董事會成員。按照計劃，雙方落實固態電池的時間點是2025年，與Frank Blome所述的時間點相吻合。

值得一提的是，大眾早在2014年12月已經持有QuantumScape公司5%的股權，此次大眾再次注資1億美元，大眾集團已成為QuantumScape公司最大股東。這也表明，大眾集團已經將固態電池的“主動權”攥在了手中。