“充電五分鐘，通話兩小時”，這廣告語的中毒性堪比“腦白金”。而如今，這個廣告語也有了汽車界的版本——“充電一分鐘，續(xù)航800公里”。 

在2018年初，國外媒體紛紛發(fā)布了一條消息，電動汽車品牌 Fisker 申請了一個固態(tài)鋰電池專利，最高續(xù)航 800 公里，充電只要 1 分鐘。 

隨著國家對新能源汽車和電池的退補，如今鋰電池的售價不斷下降，電池企業(yè)毛利率不斷下滑；同時，目前多數(shù)企業(yè)主要研發(fā)的鋰電池始終不能得到本質(zhì)的提高，消除電動汽車的“里程憂慮”。 

因此，能量密度是三元鋰電池三倍之上的全固態(tài)電池應運而生，能打敗寧德時代只有它了。 

從2017年開始，發(fā)展固態(tài)電池的公司如雨后春筍般涌現(xiàn)，而全固態(tài)電池也成為了各企業(yè)的研究熱點。 

最近，德國大眾集團確認已出資1億美金給到QuantumScape，共同研發(fā)固態(tài)電池?！拔覀儗⒙?lián)合大眾作為汽車生產(chǎn)專家的力量，和QuantumScape作為固態(tài)電池技術領導者的經(jīng)驗，從而加速Q(mào)uantumScape固態(tài)電池產(chǎn)品的商業(yè)化?！贝蟊娂瘓F研究部主管Axel Heinrich表示。 

在目前各種新型電池體系中，固態(tài)電池采用全新固態(tài)電解質(zhì)取代當前有機電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系(如鋰硫體系、金屬-空氣體系等)具有廣泛適配性，可進一步提升質(zhì)量能量密度，從而有望成為下一代動力電池的終極解決方案，引起日本、美國、德國等眾多研究機構(gòu)、初創(chuàng)公司和部分車企的廣泛關注。

什么是全固態(tài)電池？

顧名思義，就是電池所有組成的材料都是以固態(tài)形式存在的，沒有液體，沒有液體。需要注意的是，因為鋰離子電池作為我們?nèi)粘Ｗ顬槌Ｒ姷碾姵?，通常我們都默認把全固態(tài)鋰離子電池是全固態(tài)電池的代表，所以筆者本文所說的全固態(tài)電池是默認為全固態(tài)鋰離子電池。 

根據(jù)國內(nèi)固態(tài)電池研究較為領先的物理所李宏教授和贛鋒鋰業(yè)許曉雄研究員預測，全固態(tài)電池將經(jīng)歷三個階段：半固態(tài)（2018年）、準固態(tài)（2020年）和全固態(tài)（2022年）。 

目前基本上實現(xiàn)了半固態(tài)技術，即采用固體電解質(zhì)作為負極金屬鋰的保護層同時輔助以液態(tài)電解液。但是全固態(tài)電池目前還是在實驗室實驗階段，還不能商用化。 

在文章開頭也有談及過，相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，全固態(tài)電池具有許多優(yōu)勢。 

1.體積小 

電池的體積能量密度是一個非常重要的參考數(shù)據(jù)，若按應用領域來說，要求從高到低是消費電子產(chǎn)品>家用電動汽車>電動公交車。

傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量.而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代（主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系），正負極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低。 

這就意味著使用全固態(tài)電池后，汽車不用再載著跟自身重量一樣重的電池奔跑在公路上。

2.高安全性 

對于電動汽車來說，電池的安全性是極為重要的。新能源汽車自燃事故一直沒有消停過，即使是全球新能源汽車最高端的特斯拉也不能幸免。 

傳統(tǒng)鋰電子電池因為所采用的有機液體電解液，在發(fā)生過長時間充電、內(nèi)部短路等異常情況下，電池會極容易發(fā)熱，導致電解液氣脹、自燃甚至會爆炸。而很多無機固態(tài)電解質(zhì)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，聚合物固體電解質(zhì)相比于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性大幅提高。 

3.高能量密度 

固態(tài)電解質(zhì)一般擁有較寬的電化學窗口，就像一個個小框一樣，因此可以裝更多的高電壓正極材料。加上固態(tài)電池體積小、穩(wěn)定，可以讓電池管理更為簡化，能量密度自然會大大提高。 

目前，全固態(tài)電池的能量密度約400Wh/Kg,預估最大潛力值達900Wh/Kg,有超過100%的提升空間。

（三元鋰動力電池與固態(tài)鋰電池相對比） 

能量密度高，意味著電池的續(xù)航能力增強。目前困擾著電動汽車前進的因素之一就是目前的電池續(xù)航能力不能有所突破。而若實現(xiàn)全固態(tài)電池，就能消除“里程焦慮”，就算是文章開頭所說的充電一分鐘，續(xù)航800公里也不是不可能的。 

全固態(tài)電池并不能“一步登天”

盡管全固態(tài)電池優(yōu)勢多多，但是要走出實驗室，并沒有那么容易。

首先是全固態(tài)電池界面阻抗過大。固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間的界面是固-固狀態(tài)，因此電極與電解質(zhì)之間的有效接觸較弱，離子在固體物質(zhì)中傳輸動力學低。 

其次是是充電問題。對于電動汽車的車主來說，并不想浪費更多的時間在充電上。但是，若使用全固態(tài)電池，要快充就比較難了。 

電池的阻抗、電導率等問題表現(xiàn)出來就是內(nèi)阻大，就會阻礙充電，而且因為內(nèi)阻大，在充電過程中會造成能量的損失，這部分能量的浪費是無法忽視的問題。另外，全固態(tài)電池的材料在充放電的過程中體積會發(fā)生膨脹或收縮，導致界面容易分離。 

繼而是最重要的成本問題。成本是阻止商業(yè)化的最大因素。 

目前的全固態(tài)鋰電池的電解質(zhì)主要有有機和無機兩大體系，成本總體偏高，尤其是無機體系的電池很多采用CVD/PVD等復雜的工藝制備，生產(chǎn)（沉積薄膜）速度慢，成本昂貴，單體電池容量很小，往往只適合做小型電子器件用的電池，更別說應用于汽車上。 

另外，固態(tài)電池制備工藝不夠成熟，電池使用數(shù)據(jù)收集不全面。僅是在全固態(tài)電池的電解質(zhì)制造，固-固界面優(yōu)化這兩個核心問題技術上的不成熟就足夠讓固態(tài)電池的成本居高不下了。 

另外，全固態(tài)電池還未到大規(guī)模商用化的時候。 

今年資本市場上出現(xiàn)的固態(tài)電池熱，業(yè)內(nèi)人士帶有驚異的同時，大多數(shù)人士表示固態(tài)電池商業(yè)化為時過早。 

中科院物理所研究員李泓坦露，固態(tài)電池要想商業(yè)化，必須要有足夠的技術儲備和研發(fā)團隊，因為一種鋰電池技術一般至少需要15年的研發(fā)時間。 

從事鋰電領域投資的勁邦資本合伙人王榮進向《每日經(jīng)濟新聞》表示，他接觸過的研發(fā)人員大多對固態(tài)電池表示悲觀，認為其短期內(nèi)難以實現(xiàn)商業(yè)化。 

就算早在2010年，豐田便推出過使用固態(tài)電池、續(xù)航力可達1000公里的電動車，但是豐田的相關工作人員也承認，目前豐田的全固態(tài)電池還在實驗室階段。

李泓將目前固態(tài)電池商業(yè)化形容為“所謂的全固態(tài)只看到概念，卻不知道性能；只聽說安全，但沒有安全性測試報告”。他稱，從公開數(shù)據(jù)來看，固態(tài)電池還沒有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)公布，燃料電池就有電堆的大小、功率和壽命等系統(tǒng)數(shù)據(jù)。如果這些數(shù)據(jù)公開了，說明這個技術成熟了。 

的確，到目前來看，許多車企都有表示在這方面有所動作，但并沒有一家是真正給出數(shù)據(jù)的。 

國內(nèi)外巨頭紛紛布局

盡管對于全固態(tài)電池來說，要在汽車上實行大規(guī)模的商業(yè)化還不是現(xiàn)在的話題，但是許多車企、電池供應商等等都在這方面下足了功夫。豐田、松下、三星、三菱以及國內(nèi)的寧德時代等電池行業(yè)領軍企業(yè)都已經(jīng)積極布局固態(tài)電池的儲備研發(fā)。 

相對而言，技術成熟度較高、技術沉淀較深的當屬法國的Bolloré、美國Sakti3和日本豐田。這三家也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質(zhì)的典型技術開發(fā)方向。 

（Bolloré集團CEO Vincent Bollore）

在歐洲比較出名的Bolloré，采用的是聚合物電解質(zhì)體系，三星采用的則是硫化物電解質(zhì)體系。德國汽車零部件巨頭博世(BOSCH)，2015年收購美國電池公司“Seeo”。博世和Seeo然后與日本著名的GS YUASA(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池。 

而在車用電池領域，日本企業(yè)一直走在前列。早在2013年就已經(jīng)占到全球70%的市場份額，但是到2016年這一數(shù)字已降至41%。目前，日本政府希望通過加大全固態(tài)電池研發(fā)力度以重新占據(jù)市場主導地位。 

2017年5月，日本經(jīng)濟省宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內(nèi)頂級產(chǎn)業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池，希望2030年實現(xiàn)800公里續(xù)航目標。 

豐田之前也宣布與松下合作研發(fā)固態(tài)電池;寶馬宣布與SolidPower公司合作研發(fā)固態(tài)鋰電池;博世與日本著名的GSYUASA(湯淺)電池公司及三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池;國內(nèi)的話，在這方面并沒有被國外大幅度所拋開。 

在正式開展固態(tài)電池的研發(fā)之前，寧德時代對全球固態(tài)電池企業(yè)進行了調(diào)研，并在此之后確定了自身的發(fā)展方向。2016年10月，寧德時代新能源柳娜博士介紹了寧德時代在聚合物固態(tài)鋰金屬電池、硫化物固態(tài)電池領域的布局和研發(fā)路徑。 

而且寧德時代在研發(fā)過程中，也在關注固態(tài)電池的制造問題，固態(tài)電池整個制造工藝跟傳統(tǒng)的鋰離子的制造工藝不同，需要新的設備，新的工藝，所以寧德時代也同時進行工藝的研發(fā)。 

此外，在2017年對外表示已著手研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)的國軒高科，之前就透露，根據(jù)與國際一線整車品牌合作的產(chǎn)品要求，公司正在美國和日本分別開發(fā)下一代動力電池生產(chǎn)技術工藝與生產(chǎn)設備，相關產(chǎn)品將使用半固態(tài)電池技術。對于包括固態(tài)電解質(zhì)在內(nèi)的上游關鍵原材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進度公司方面也將密切關注。 

2018年3月，國軒高科在在投資者互動平臺表示公司半固態(tài)電池技術目前已處于實驗室向中試轉(zhuǎn)換階段。 

隨著全球電動汽車的快速發(fā)展，全固態(tài)電池能迅速提升汽車的續(xù)航能力，這無疑是電池未來發(fā)展的一個必然方向。在“雙積分政策”和補貼退坡的的雙重影響下，意味著，電池產(chǎn)業(yè)的競爭將更加激烈，倒逼著這些企業(yè)把主要精力放在研究下一代電池技術上，固態(tài)電池或成較佳選擇。 

另外，固態(tài)電池投融資熱，客觀上促進了固態(tài)電池方向的研發(fā)，刺激了這個行業(yè)和領域，推動行業(yè)對固態(tài)電池的重視。 

但是具體到固態(tài)電解質(zhì)的電導率、電池倍率、電池制備效率、成本控制方面，全固態(tài)電池仍然困難重重。 

圖片來源于網(wǎng)絡

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