[愛卡汽車 前沿科技 原創]
在剛剛過去的春節假期中，随着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，除了依賴于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”。據工信部公布的《中國制造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。而目前占車載電池主流份額的液态锂離子電池，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續航裡程為675km，也就是說，一旦電池能量密度突破400Wh/kg大關，車輛續航裡程輕松突破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性能的固态電池技術被看做車載電池的終極形态，也是以成了衆多電動車企的未來的發展方向。甚至有相關人士放出狠話：“一旦固态電池得以普及，就是傳統燃油車淘汰之時。”
這不禁令人好奇，固态電池真的是電動車的”萬金油“嗎？
隻要将多汁的檸檬或其他水果，然後在兩端分别插入銅、鋅兩種化學性質不同的金屬片，再用導線将金屬片兩端連接配接起來，就可以制成最簡單的“水果電池”。
固态電池究竟好在哪？
作為目前純電動車核心技術的電池，其實底層原理并不複雜。隻要将多汁的檸檬或其他水果，然後在兩端分别插入銅、鋅兩種化學性質不同的金屬片，再用導線将金屬片兩端連接配接起來，就可以制成最簡單的“水果電池”。這種“水果電池”的核心原理在于：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産生了正電荷，另外一片（鋅片）就會産生負電荷，是以産生電流。與此同時，檸檬汁充當電解液，在正負極中起傳導電離子，以産生電流。
面對低溫環境，電池中的電解液會變得黏稠、而锂離子遷移速率變慢，導緻電池活性降低，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。
目前主流的車載锂電池中，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，進而構成整個電路回路産生電流。對于車載锂電池而言，反複充放電會導緻锂離子在反複沉積和析出過程中，金屬锂負極表面容易生長出锂枝晶，并發生粉化。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、而锂離子遷移速率變慢，導緻電池活性降低，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。
反複充放電會導緻锂離子在反複沉積和析出過程中，金屬锂負極表面容易生長出锂枝晶，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。
相比于此，固态電池使用固體材料作為離子移動的電解質，由于電池中不存在液體，因而就不需要傳統液态锂電池複雜的封裝系統。此外，由于其性質更穩定，是以在固态電池中也不需要配置溫度控制部件。這也就意味着，相同重量的一組液态和固态電池，就像是同樣大小的柚子和西瓜，後者“果肉”（電芯）所占比重遠超前者，是以電池能量密度大幅提升。
相同重量的一組液态和固态電池，就像是同樣大小的柚子和西瓜，後者“果肉”（電芯）所占比重遠超前者，是以電池能量密度大幅提升。
事實上，固态電池的優勢遠不止于更高的能量密度，固體電解質更穩定的實體性質意味着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态锂電池長得多。
目前參與固态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占了很大比例。
固态電池既然這麼好，為什麼遲遲不量産？
相比于傳統锂電池，固态電池容量大、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。盡管從新勢力車企Fisker、蔚來，到傳統車企豐田、大衆、寶馬，在該技術上均有所布局。但時至今日，還尚未有一款量産車搭載固态電池。甚至早在2017年就申請了固态電池專利的Fisker公司已于2021年公開宣布徹底放棄研發該技術。
對于固态電池技術，Fisker創始人Henrik Fisker坦言：“固态電池是一種這樣的技術，當你覺得已經完成了90%，幾乎達到目标時，然後你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。是以現在，我們完全放棄了固态電池，因為真的無法落地。”
對此，Fisker創始人Henrik Fisker坦言：“固态電池是一種這樣的技術，當你覺得已經完成了90%，幾乎達到目标時，然後你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。是以現在，我們完全放棄了固态電池，因為真的無法落地。”而對于該技術的前景，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産，固态電池都至少還需要7年。”
諷刺的是，讓固态電池技術遲遲不能量産落地，進而困擾着全球車企和電池制造商的技術難題恰恰就是固态電解質本身。目前，全球範圍内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。（配圖為豐田固态電池結構圖）
諷刺的是，讓固态電池技術遲遲不能量産落地，進而困擾着全球車企和電池制造商的技術難題恰恰就是固态電解質本身。目前，全球範圍内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，以大衆及上汽集團投資的電池制造商QuantumScape為首的歐美企業更傾向于氧化物和聚合物，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。
作為搭載固态電池量産車的先行者，法國公司Bolloré與賓法設計公司合作開發的Bluecar早在2011年問世，但電池性能相當堪憂，甚至為了保證該車的續航裡程，一些早期的車型即使在停車狀态下，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，高溫下導電性能優異，但室溫狀态下導電性能大幅下降，是以這種電池需要配置額外的加熱裝置保持電池始終處于工作溫度。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态電池的量産車——Bluecar。不過，該車搭載的電池組容量隻有30kWh，能量密度隻達到了100Wh/kg，甚至還不足現在現在主流液态電池能量密度的一半。
2013年10月14日，法國巴黎一輛用于共享出行的bluecar發生自燃，大火很快燒毀了另一輛停在附近同型号共享車。據悉，在2011-2013年間，共有25輛bluecar發生了自燃。
更緻命的是，為了保證該車的續航裡程，一些早期的車型即使在停車狀态下，也需要外接一個加熱器。盡管固态電池本身的降低了自燃風險，但這個附加裝置成了最大的隐患。2013年10月14日，法國巴黎一輛用于共享出行的bluecar發生自燃，大火很快燒毀了另一輛附近的車。據悉，在2011-2013年間，共有25輛bluecar發生了自燃。
對此，氧化物固态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，并被衆多業内人士看做未來最有量産商業化前景的固态電池技術。
2021年9月，豐田正式宣布，将投資135億美元用于研發包括固态電池在内的下一代電池技術。同年11月，該公司推出了首款搭載固态電池的概念車——LQ Concept。
相比前兩種技術，硫化物起步最晚，但由于其導電性能最好，且支援高壓快充技術，是以被豐田、三星和甯德時代等一衆亞洲企業看好，2021年9月，豐田正式宣布，将投資135億美元用于研發包括固态電池在内的下一代電池技術。同年11月，該公司推出了首款搭載固态電池的概念車——LQ Concept，不同于各種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，并驗證固态電池的穩定性。
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，才會小規模投産固态電池。并且首批産品将應用于自家的混動車型上，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，才會小規模投産固态電池。并且首批産品将應用于自家的混動車型上，而非純電車型。對于這個規劃，豐田研究所（Toyota Research Institute）負責人Gill.Pratt給出了解釋：“目前的固态電池制造成本居高不下，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台。”
固态電池為什麼遲遲不量産？
除了豐田，其他的車企的固态電池量産時間表呢？
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-奔馳集團股份公司）宣布與固态電池技術公司Factorial Energy達成戰略合作，2022年開始研發測試，2025年推出搭載固态電池的原型車并最終在2030年實作量産；無獨有偶，就在與奔馳簽約的前一個月，現代集團也入股了這家緻力于固态電池研發的公司。此外，同年12月全球第四大車企Stellantis集團宣布，與該公司正式簽署固态電池聯合開發協定，其合作結果最早将于2026年亮相。
就在奔馳宣布投資Factorial Energy後不久，該公司再度宣布與中國台灣固态電池研發其也ProLogium達成協定，奔馳向該公司投資，兩家公司共同研發固态電池，并規劃歐洲建廠。
有趣的是，就在奔馳宣布投資Factorial Energy後不久，該公司再度宣布與中國台灣固态電池研發其也ProLogium達成協定，奔馳向該公司投資，兩家公司共同研發固态電池，并規劃歐洲建廠。
在衆多研發固态電池的車企中，最令人玩味的是通用集團，先是在2018年投資了固态電池公司Solid Energy Systems，随後又于今年10月宣布成立電池研發中心。
此外，寶馬與另一家固态電池的初創公司——Soild Power達成協定，将投資1.3億美元進行研發，如果過程順利，同樣将于2025年推出原型車并于2030年實作量産。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年投資了固态電池公司Solid Energy Systems，随後又于今年10月宣布成立電池研發中心。
早在兩年前的“NIO Day 2020”上，蔚來就在首款轎車ET7亮相的同時，高調宣布該車将搭載能量密度360kWh/kg的固态電池，得益于此，該車續航将輕松突破1000km。
蔚來：我完全不明白，為什麼到2025年才量産固态電池
早在兩年前的“NIO Day 2020”上，蔚來就在首款轎車ET7亮相的同時，高調宣布該車将搭載能量密度360kWh/kg的固态電池，得益于此，該車續航将輕松突破1000km。然而，随後公布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“三元锂/磷酸鐵锂電池”字樣。對此，幾天前還信心滿滿的李斌隻能略顯尴尬的解釋道：“目前蔚來采用的也并非全固态電池，還是帶有液體(電解質)的。”
随後公布的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“三元锂/磷酸鐵锂電池”字樣。
對于ET7搭載的電池，李斌略顯尴尬的解釋道：“目前蔚來采用的也并非全固态電池，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态電池的天花闆，該電池組不僅采用了超高鎳和無機無機預锂化矽作為正負極材料，同時還創新的采用了原位固化固液電解質，得益于此，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。嚴格意義上仍是液态锂電池的範疇。為了緩解尴尬，并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——半固态電池。
蹭“固态電池”熱點的遠不止蔚來一家，于去年上市的東風風神E70也号稱搭載了電動汽車行業的“聖杯”——固态電池，但在其電池供應商贛鋒锂業的官方資料中，卻明确指出：目前該公司的電池均采用“固液混合電解質”，而真正的固态電池，尚在與東風研發過程中。
然而，蹭“固态電池”熱點的遠不止蔚來一家，于去年上市的東風風神E70也号稱搭載了電動汽車行業的“聖杯”——固态電池，但在其電池供應商贛鋒锂業的官方資料中，卻明确指出：目前該公司的電池均采用“固液混合電解質”，而真正的固态電池，尚在與東風集團共同研發過程中。
總結
正如進階别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，就于2020年推出了4860電池，在液态電池的基礎上，通過無模組設計，将體積重量大幅縮減，得益于此，其能量密度達到了驚人的300Wh/kg。
固态電池技術固然是未來電動車産業的重要發展方向，但若缺乏國家層面的監管和相關标準政策的出台，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。
固态電池量産時間表