豐田的固態(tài)電池，挑戰(zhàn)在2027年-2028年投入實際應(yīng)用。

改變電動車游戲規(guī)則的突破口

前兩天，豐田開了一場技術(shù)說明會，透露了有新的方案解決固態(tài)電池量產(chǎn)難的問題，讓我們看到了固態(tài)電池量產(chǎn)的曙光。

無獨有偶，就在上個月底，上汽集團通過旗下兩只基金追加了清陶能源大約27億元的投資，成為清陶能源的第一大股東，股權(quán)占比去到了15.29%。這已經(jīng)是上汽第三次追加清陶的投資了，前兩次分別在2020年和2022年，同樣以基金的方式。

清陶能源是干嘛的呢？沒錯，干的就是咱們開篇所說的固態(tài)電池。固態(tài)電池里頭的獨角獸也不少，例如輝能科技、衛(wèi)藍新能源、贛鋒鋰業(yè)、國軒高科、寧德時代等等。這里頭，清陶能源是最早商業(yè)化的，已經(jīng)建成了國內(nèi)首條具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)體系的固態(tài)鋰電池生產(chǎn)線。

在這之前，上汽就和清陶就有著非常深入的合作。

2022年上汽集團與清陶能源就建立有固態(tài)電池聯(lián)合實驗室，攜手推動了固態(tài)電池在汽車市場的商用。目前，他們聯(lián)合開發(fā)的第一代固態(tài)電池已經(jīng)完成了裝車試驗，在實現(xiàn)“系統(tǒng)級零熱失控”的前提下，實現(xiàn)單體能源密度368Wh/kg。

這可是相當(dāng)了不起的能源密度，作為參考，即便把負極材料升級為硅碳材料的特斯拉4680電池，它的能量密度也才309Wh/kg，已經(jīng)非常接近三元鋰電池的上限了，但和固態(tài)電池還是有點差距。

憑借著368Wh/kg的能量密度，上汽測試車輛的續(xù)航輕松突破1000公里。

不光是上汽，許多車企都開始押寶固態(tài)電池，基本上叫得上名字的車企都投了不少時間和成本。

例如比亞迪在前不久的股東大會上就透露了他們有在布局固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)；東風(fēng)汽車還說了他們是最早研發(fā)固態(tài)電池的車企之一，而且還推出了50輛搭載固態(tài)電池的示范運營車；最激進的是賽力斯，說是今年就有固態(tài)電池的量產(chǎn)車上市。

還有國外的很多車企，例如奔馳、寶馬、福特、通用、現(xiàn)代、豐田、本田、日產(chǎn)等等都在積極布局固態(tài)電池，咱們就不一一細說了。

東風(fēng)集團研發(fā)的固態(tài)電池。

最近，貌似資本市場已經(jīng)聞到了固態(tài)電池量產(chǎn)上市的風(fēng)向，所以固態(tài)電池板塊的概念股一路走高，賽力斯甚至一度漲停。

當(dāng)然，我們需要分清楚固態(tài)電池和半固態(tài)電池的概念，因為后者僅僅是現(xiàn)在的液態(tài)電解質(zhì)電池的一種改良方案，還沒有徹底解決固態(tài)與固態(tài)完美接觸的問題，按照業(yè)內(nèi)人士的話來講就是，只有30%的技術(shù)創(chuàng)新。

能打包票說今明年就能量產(chǎn)上市的所謂固態(tài)電池，其實更多只是半固態(tài)電池。如果真是這樣的話，那固態(tài)電池概念股的強勢更多只是“假陽”，大家就不要追殺進去了，因為半固態(tài)電池量產(chǎn)上車早已不是什么新聞了。

固態(tài)電池的量產(chǎn)有機會，但沒有那么快，按照中國科學(xué)院院士歐陽明高的話來講就是，“固態(tài)電池真正投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的時間在2025年～2030年之間?！痹诠虘B(tài)電池領(lǐng)域比較積極的日系三雄——豐田、本田、日產(chǎn)，大規(guī)模量產(chǎn)的計劃都在2030年前后。

不知道大家有沒有發(fā)現(xiàn)，許多熱衷于固態(tài)電池的車企，其實在過去一直被認為是新能源市場里頭的保守派，上面提到的除了比亞迪和寶馬外，其他車企在新能源領(lǐng)域上的聲量都并不特別大，銷量當(dāng)然也不怎么高。

為什么這些車企都在一窩蜂地追逐固態(tài)電池？原因當(dāng)然有很多，其中我覺得的一個非常重要的原因在于，他們不想失去固態(tài)電池這個風(fēng)口了。本田甚至稱固態(tài)電池為：“改變純電動車游戲規(guī)則”。

幾乎所有車企、電池的生產(chǎn)商都把固態(tài)電池的量產(chǎn)窗口放在了2027年-2030年之間，反正離我們已經(jīng)不遠了。

很多人都說現(xiàn)在的特斯拉哪哪都比不上人家，為什么銷量還是那么高？原因我想無他，除了馬斯克個人的光環(huán)以外，還有就是特斯拉2003年開始就在研究電動車，積累了非常巨大的先發(fā)優(yōu)勢，所以很多人一想到買臺電動車，首先想到特斯拉這個品牌。

要想打敗特斯拉的先發(fā)優(yōu)勢，也唯有更大的先發(fā)優(yōu)勢。最近幾年，很多主機廠最想要搶占的標(biāo)簽就是各種“首發(fā)”，什么首款5G車，什么首款搭載8155芯片的量產(chǎn)車......不過，這些都是些花花草草的創(chuàng)新，并不是用戶真正關(guān)心的地方。

液態(tài)電池的上限，是固態(tài)電池的下限

用戶真正關(guān)心的，毫無疑問就是電車?yán)镱^成本最大的地方——電池。可以說，固態(tài)電池是電動車領(lǐng)域最近幾年少有的真正具有革命性的技術(shù)創(chuàng)新，從某種程度上講能徹底解決純電用戶的大部分痛點，例如里程焦慮、電池安全等等。

那么，固體電池相比現(xiàn)在的液態(tài)電池，究竟有什么優(yōu)勢呢？不多，就三個，但也已經(jīng)讓電池行業(yè)發(fā)生本質(zhì)的變化：安全性更好、能量密度更高、循環(huán)壽命更長，還有一個優(yōu)勢，還需要去慢慢檢驗的，就是固態(tài)電池的成本可能比現(xiàn)在的液態(tài)電池要低，估計是10%-20%的跌幅。

固態(tài)電池解決了現(xiàn)在的液態(tài)電池必須要犧牲安全性來追求更高能源密度的這個矛盾點。而這一切的奧秘就在于它的固態(tài)電解質(zhì)身上。

所謂的固態(tài)電池就是把傳統(tǒng)電池里面的液態(tài)電解質(zhì)變成固態(tài)電解質(zhì)。這說來好像很簡單，但做起來就很難。一個很簡單的例子就是，液態(tài)的電解質(zhì)可以很好地把電極包裹起來，貼合度是相當(dāng)好的，但是固態(tài)電解質(zhì)很難實現(xiàn)這一點。

固態(tài)電機已經(jīng)不需要傳統(tǒng)的單極電極，所以能大大提高通電的效率。

把電解質(zhì)換成固態(tài)之后，別的先不說，首先就能解決了電池易燃易爆這個問題。

電池之所以易燃易爆，一個很重要的原因就在于電池內(nèi)部發(fā)生了短路。為了防止電池內(nèi)部的短路，現(xiàn)在的鋰離子電池內(nèi)部都會有一層隔膜，把正負極隔開，但是這層隔膜也不是金剛罩，在使用的過程中是有機會被刺穿的。

如果電極的電子分布不均勻，鋰離子就會以沉淀的方式依附在電極表面形成鋰晶枝。隨著時間的沉淀，鋰晶枝就有很大的可能刺破隔膜，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。現(xiàn)在很多主機廠都在攻克的針刺試驗，其實就是模擬隔膜被刺穿后電池內(nèi)部反應(yīng)的一些情況。

固態(tài)電池因為電極被固體隔開了，而且固態(tài)電解質(zhì)本身不易燃、無腐蝕也不揮發(fā)，更沒有漏液的可能，所以即便沒有隔膜也不容易發(fā)生短路，不用擔(dān)心電池老化了會不會更容易爆炸起火。

這也是為什么很多人說固態(tài)電池本征安全性要遠高于現(xiàn)在的鋰離子電池。

固態(tài)電池主流的三種電解質(zhì)，其中歐美更傾向于聚合物和氧合物，中日韓更傾向于硫化物。

也因為固態(tài)電池的電解質(zhì)化學(xué)特性比較穩(wěn)定，所以可以選用一些活性比較強的金屬來充當(dāng)負極，例如液態(tài)電解液不能用的鋰金屬負極。

不管什么電池，紐扣電池也好、圓柱電池也罷，電池的容量都是由電池中正負極材料的比容量和電壓差決定的。正極材料現(xiàn)在可選擇的范圍比較有限，所以固態(tài)和液態(tài)沒有太大的差別，區(qū)別度最大的就是負極材料。

現(xiàn)在的液態(tài)鋰電池大多是用石墨作為負極材料，硅基是現(xiàn)在的發(fā)展方向，估計也是一個終極的方案。因為電極的電壓不能超過電解液的工作電壓窗口，一旦超過了，可能就會造成事故，而現(xiàn)在主流的電解液電壓窗口并不超過4.5V，也就意味著液態(tài)電池的能量密度有峰值，而并不特別高，業(yè)內(nèi)吹風(fēng)是350Wh/kg，比上汽和清陶能源合作的第一代固態(tài)電池低了。

而有著更大電壓窗口的固態(tài)電解質(zhì)，可以選擇不同的正負極材料進行組合，可以達到更高的能量密度。業(yè)內(nèi)比較保守的估計是，固態(tài)電池的體積能量密度可以超過1000Wh/L，質(zhì)量能量密度可以超過400Wh/kg。

另外，也因為固態(tài)電解質(zhì)能緩解鋰晶枝的現(xiàn)象，所以也能大大提高電池的循環(huán)壽命。

一般的三元鋰電池的循環(huán)壽命兩三千次，經(jīng)過4000次的循環(huán)后電池的壽命估計就只剩下60%左右了；磷酸鐵鋰電池的壽命好一點，5000次循環(huán)后的剩余容量能做到80%左右；固態(tài)電池的循環(huán)壽命則基本在5000次以上。

換句話說，不管是能量密度還是電池壽命，現(xiàn)在的鋰電池的上限都是固態(tài)電池的下限。

加工很難，但不是不能解決

固態(tài)電池最大的問題就是很難加工。

豐田所說的難點在于，因為固態(tài)電解質(zhì)在充放電的過程中會反復(fù)膨脹收縮，容易形成龜裂并不利于電池的壽命。還有就是剛剛提到的，因為它是固體和固體之間接觸，不像液態(tài)電解質(zhì)可以滲入到電極的各個地方，所以也就有可能存在界面接觸不良的問題。

也正因為這個問題，所以也延伸出固態(tài)電池的幾個缺點。例如它的界面阻抗比較大，沒有辦法進行超高壓的快充，還有就是制造成本會比較貴——為了讓電極和電解質(zhì)接觸更加良好，所以需要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)加入壓實的工藝，也就需要增添相應(yīng)的設(shè)備。

不過這些都是站在現(xiàn)在固態(tài)電池還沒大規(guī)模量產(chǎn)的角度上說的，也有人預(yù)測固態(tài)電池的單位成本會比液態(tài)電池低，因為它不需要薄膜了。上面提到的什么壓實工藝，隨著產(chǎn)能的增加，也能快速平攤到每一款電池，最后可能也會到了忽略不計的地步。

不管怎樣，固態(tài)電池可能會開啟電動汽車的新時代，只不過不會那么快就到來。