固态电池有望成为新能源汽车等领域重要突破口
《中国制造2025》提出的电池技术目标是2020、2025年分别达300Wh/kg、400Wh/kg；而据中科院研究院统计，1991-2015年锂离子电池的能量密度已提升3倍，GAGR约3%，按线性推算2020、2025年能量密度仅能达到300Wh/kg、320Wh/kg。
液态电池中的电解质都是由液体组成，而半固态液体电解质质量百分比<10%，准固态液体电解质质量百分比<5%，全固态则不含有任何液体电解质。
似乎谁能率先制造固态电池，实现其大规模商业化，谁就会把锂电池技术的“圣杯”变成能量魔方的解密者，成为全球新能源行业的霸主。同时，固态电池不仅能提高电池的能量密度，而且具有更高的安全性和稳定性，已成为电池技术研发的热门方向。目前，国内外企业和研究机构正在竞相研发固态电池技术。虽然在制造工艺和成本控制方面还存在挑战，但随着技术的不断进步和规模化生产的实现，固态电池有望成为新能源汽车等领域的重要突破口。
正是在这种背景下，世界各地的新能源从业者、分析师和投资者都开始疯狂地追求这个方向。使用QuantumScape、以SolidPower、丰田、日产、松下等日本汽车和化工巨头为代表的美国创业公司，以及一些中国电化材料公司，都加入了这一领域的对抗。
QuantumScape(简称QS)是其中的代表性公司，其背后的投资者也是包括大众汽车公司和比尔·盖茨在内的强大阵容。在2020年上市之前，QS已经验证了他们的单面电池在室温充电时可以以1C的速度充放电1000次，然后可以保持90%的原始储能。与此同时，QS宣布，他们已经与公众合作开始生产线建设，预计2025年将投产。这直接将QS的股价推高了10倍。这也引起了其他公司的关注和竞争。SolidPower是一家总部位于科罗拉多州的公司，也在研发固态电池技术，并与BMW合作开展这方面的研究。丰田也在该领域进行投资，并与CATL、宁德时代等中国电池巨头合作，推动固态电池的商业化应用。此外，日产也在该领域拥有自己的研究，并与法国巴黎高科技学院合作开发出了一种新型固态电池原型，可以在高达800摄氏度的温度下运行。松下也在该领域占据一席之地，与特斯拉展开合作，推动固态电池技术的发展。总之，固态电池技术的竞争激烈，是未来电动汽车行业的重要发展方向。
但是，狂欢结束后，很多人提出了异议。毕竟单面电池之间的实际应用还是很遥远的。即使技术问题解决了，能否商业化也是一个问题。由于固态电解质离子电导率低，QuantumScape选择的无机氧化物固态电解质层净重约为普通锂电池隔膜的10倍，影响了放电倍率和低温条件下的特性。企业必须在电池正极侧添加不少于20%的优质氧化物来提供离子电导。随着这些非活性成分的增加，电池的能量密度降低了。一些领域的资深专家告诉品驾，QuantumScape电池的能量密度不能超过350Wh/kg，无法与主流传统锂电池高端品牌水平拉开差距，要达到固态电池理论能量密度的峰值水平，更是难上加难。
事实上，人们认为固态电池因固体而产生的高能量密度是绝对错误的。硅或锂金属负极是提高电池能量密度的关键。为了提高能量密度，这两种负级电池也用于液体电池。这意味着QuantumScape电池在能量密度方面仍有很长的路要走。虽然固体电解质可以使电池更安全、更稳定，但在其他方面仍存在挑战。例如，固体电解质的制造成本更高，且材料不易处理、成型和加工。因此，要将固态电池应用于大规模制造和商业化生产仍需解决很多技术和经济难题。另外，与传统锂离子电池相比，固态电池的循环寿命和充放电速率等性能方面也存在一些局限。虽然QuantumScape等企业在这些方面已经取得了一定的进展，但仍需要不断的研发和改进，才能真正实现商业化应用。
另一方面，固态电池的更高安全等级经不起推敲。一般认为固体电解质具有良好的绝缘性、不易燃性和不蒸发性，即使弯曲，也不会导致电解质暴露，但物理性能的安全性只是电池安全的一侧，其他任何一侧的高风险都会使固体不安全。
在去年年底，QuantumScape的电池安全性表现非常突出。当时，该公司勉强制造了第一批原型固态电池，并将其提交给车辆客户。JagdeepSingh作为该企业的创始人、首席执行官和董事长，指出这些电池产品的稳定性还有很大的提升空间。
不仅如此，大规模生产还有很多问题没有解决。虽然氧化物基电解质在空气中具有更好的稳定性，但对加工工艺要求较高，必须在800℃以上的高温下烧结才能致密成型。对大尺寸、纤细、无缺陷的瓷器制备工艺有很高的要求，给电池产业化增加了更大的挑战。
在生产环境和原材料纯度方面，全固态电池的需求高于传统锂电池。大型电解质薄膜的批量生产可能很困难，所以在量产初期，全固态电池只能小规模生产，用于一些成本容忍度较高的行业。韩国新能源研究机构SNE报告指出，即使在量产阶段，全固态电池的成本至少是锂电池的两倍，这与新能源汽车行业追求的“降本”背道而驰。
在固态电池的狂欢盛宴中，最聪明的资产首先平静下来。同样，去年年底，摩根士丹利分析师AdamJonas发布了一份研究报告，将QS定级从“持仓犹豫”降低到“减持”，并将目标价格从12美元降低到仅4美元，创下华尔街最低水平。原因包括工业化、时间线不确定性和公司面临的融资环境。AdamJonas表示，虽然固态电池可能仍然代表着能源储存的未来，但事实证明，实现这一目标的道路比我们和市场预测的要艰难得多。由于市值不断被排除，股价从132美元的高位下跌到今天的7美元，QS企业也逐渐裁员，仿佛进入了Gartner技术成熟度曲线的“泡沫破裂低谷期”。因此，围绕这匹前黑马的泡沫逐渐崩溃。
在QS仍在技术和资本困境中挣扎的同时，美国新能源汽车品牌菲斯克宣布放弃固态电池的研发计划，然后发布普通电动汽车，配备液体锂电池。很多人可能还记得2018年，企业说固态电池会在几个月内量产。现在公司的创始人只能用这个解释来掩盖当时的困境。“固态电池就是这样一种技术。当你认为你已经完成了90%，几乎实现了你的目标，那么你就意识到剩下的10%比之前的90%难多了。”
在丰田的固态电池故事中，跳票是一个关键词。丰田一直在新能源层面注射油电混合动力路径，导致纯电源起步较晚。丰田一直希望通过提前布局固态电池技术超车。其固态电池的布局最早可追溯到2008年。当时，该公司宣布并英国创业公司伊利卡（Ilika）合作开发固态电池材料。
10年过去了，丰田在固态电池上的合作伙伴很少说有七八家，甚至这一块的专利已经积累到1300多种，数量名列前茅，是4家日韩公司的总和，排名2-5。不幸的是，从技术到大规模生产的难度不亚于一次学习。去年，丰田在一次名为“2030电池战略会议”的活动中表示，R&D在高能量密度全固态电池层面的进展并不乐观，在硫酸盐电解质材料的合适关键问题上也没有突破。
在技术难以突破的背景下，丰田不得不一次又一次地推迟全固态产品的量产。2019年，丰田表示，将于2020年东京奥运会推出一款新能源汽车，配备固态电池。然而，即使奥运会推迟了一年，给了丰田更多的时间，客户仍然无法到达固态电池配备汽车系统。在商业化层面上，我们选择了一条注重人性的发展路线：优先推广搭载固态电池技术的混合动力汽车产品，而非直接推出全电动汽车。
丰田的决定再次让人们意识到日本汽车巨头在新能源时代的不知所措，尽管丰田表示，固态电池应该在2025年之前发布。然而，“狼来了的故事”让人们不得不降低对固态电池技术的预期。
可能没有太多时间让丰田兑现承诺。在刚刚过去的上海车展宁德时代，凝聚电池已经发布，最大比例为500Wh/kg，能源高，安全性高。关键是今年能量生产。因此，更有可能的是，凝聚装载后，固态电池可能会完全失去商业化的概率。这让丰田进一步考虑如何在未来能源汽车市场中保持竞争力。他们将加速研发，寻找更加可行和实用的解决方案，以满足绿色能源发展的需求。此外，丰田也将继续拓展混合动力汽车的领域，同时加强与其他汽车厂商和能源公司的合作，并且致力于打造更加智能、互联的汽车，以促进汽车产业的可持续发展。
来源：有点甜@maisi.com
