撰文 | 小魔
全固态電池作為電池領域的新秀，已經引起了能源行業各個角落的極大興趣。
由于沒有易燃的液體電解質（是以稱為“固态”），這種電池跳過了傳統锂離子電池的許多安全問題，而又不犧牲功率。
正是由于全固态電池具備的種種優點，在電動車行業，大部分車企與電池技術公司都把它看做是動力電池的最優解決方案。一些車企為了在未來十年的電動車激戰中争取領先的籌碼，甚至早已主動進駐入該領域進行探索研發。
作為積極探索全固态電池技術的車企中的一員，日産最近透露了他們的最新進展。
日産給自己的固态電池量産之路設立了三個比較重要的時間節點，第一個是在今年建立全固态電池的實驗室級别可行性研究；随後其将于2024年在橫濱設立固态電池生産線；2028年正式實作全固态電池裝車。
全固态電池相比傳統锂電池有着能量密度高、充放電速率高、循環壽命長、不易受溫度影響等諸多好處，那麼為什麼包括日産在内的車企們沒有在最初時就選擇這個發展方向呢？
首先我們先來簡單介紹下影響锂電池基本性能的兩個重要因素。
其一，電池正負極作為锂離子的存儲庫，它儲存锂離子的能力會直接影響到電池能量存儲的高低；其二，正負極之間的電解質（用于保證陽極和陰極的穩定性）決定了锂離子移動速度的快慢，而這會影響整個電池的充電功率及充電時間。
為了擁有較高的離子移動速度，目前市場上電動車與混動車所使用的三元锂（NCM）與磷酸鐵锂（LFP）電池，都使用的是液态的電解質，這種電解液中的主要成分為碳酸乙烯。
但碳酸乙烯本身為易燃物，并且研究人員發現在電解液中加入的碳酸乙烯越多，電池在充放電過程中負極生長的枝晶就會越多，不但會降低電池的能量儲存能力，不斷生長的枝晶還會刺穿正負極之間的隔膜造成短路，進而引發電池火災，并産生有毒氣體。
此外，電解質為液态的锂電池們對外界溫度也很敏感。過低的溫度下，電解液會變得黏稠，導緻離子移動速度變慢，降低電池的放電能力，展現在電動車上就是冬季續航縮減，充電效率降低。
而太高的溫度也不行，此時電解質會變得更活躍，正負極與電解質之間的化學反應平衡會被破壞，加速電池内的副反應，損害電池的循環壽命。
如果改為使用固态電解質，能夠大大改善以上問題。但在早期的研究中，人們發現無論是采用聚合物或氧化物的固态電解質都不是太理想的選擇。
前者的锂離子移動速度太慢，必須加熱到60℃或85℃以上才能提升，如果用在汽車上就意味着車輛需要經常保持在充電和高溫的狀态下；後者離子移動速度雖然高于聚合物，但本身容易産生脆裂，對于制造電池來說加工難度太高，而且不容易制成大容量電芯，是以全固态電池技術在早期根本看不到實作商業價值的前景。
事實上，直到2011年研究人員發現硫化物固态電解質對于離子具有高傳導性，才讓固态電池真正有了實作商業價值的可能性。
确定硫化物就是最适合的固态電解質後，能夠走向商業化的固态電池才顯示出了更多優勢。
除了能實作更高能量密度與更好的安全性外，由于這種電解質本身比液态更穩定，使得電池受到外界溫度影響導緻容量驟減的情況也會更小，也就是說電動車在冬季續航縮水或高溫下過熱造成電池性能下降這類的問題都能得到一定程度的改善。
而且由于硫化物作為固态電解質讓材料間的副反應減少，對電池正負極材料的選擇範圍也得以擴大。
日産利用AI技術對衆多材料進行選擇，目标是選擇能夠成本最小化的正極材料。同時，它還使用了一些技術手段減少锂離子儲存隔面的厚度，增加負極材料的锂離子儲存量，來提升電池的能量密度。
目前，日産正在把降低材料成本與提升能量密度的工作兩手同時抓，并且建立了一個每月可生産大約50個四層軟包電池的小規模全固态電池實驗室。
如果2028年全固态電池能順利裝車，日産認為其電動車的續航能夠提升至2倍，充電時間縮減至原來的1/3，電池成本則可下降至75美元/kWh（據彭博新能源财經統計，2021年純電動乘用車電池組價格為118美元/kWh時）。
通過不斷創新，未來電池成本還将進一步降低至65美元/kWh，以實作電動車和燃油車的成本平價。
至于全固态電池會首先出現在哪些車上？日産考慮到其高能量密度的優勢，會優先将這種電池搭載在大型電動車中，來改善因電池重量增加導緻大型電動車續航裡程減少的問題，之後随着成本的逐漸降低，再推廣至小型車。
就像我們前文提到的，除了日産，主流車企幾乎都有在全固态電池領域進行布局。
其中，日産選擇與美國國家航空航天局合作來開發此項技術，并且宣布要在2028年裝車；
大衆則投資了固态電池初創公司QuantumScape來合作開發自己的全固态電池，其把固态電池的商業化時間定在了2025年；
豐田選擇與松下合作，它的量産計劃也定在了2025年左右；
寶馬和福特都對Solid Power進行了投資，其中寶馬給出的落地時間也是2025年；
本田和通用都與美國電動車電池研發公司SES達成了合作意向，但它們還沒有給出具體的上市時間計劃。
國内方面，雖然起步較晚，但比亞迪、北汽藍谷等車企也都已經在全固态電池領域取得了一定進展。
鑒于固态電池在真正走向量産前還有不少技術難題需要攻克，量産裝車也還需要一定時間，也有些車企也選擇了“半固态”路線作為過渡。半固态電池的電解質中仍然使用了電解液，但其含量基本控制在5-10%左右。
雖然不能完全克服液态電解質锂電池的缺陷，但半固态技術能在一定程度上提升電池的能量密度與充電速度，且技術難度比起全固态電池要低很多，量産也更容易。
比如蔚來ET7已經率先搭載了由孚能科技提供的半固态電池，支援超過1000公裡的NEDC工況續航，表現明顯要優于采用傳統液态锂電池的同級車型。此外，據孚能科技表示，搭載其半固态電池的奔馳EQS也已經在歐洲市場開始接受訂單。
全固态電池雖然是大部分車企與電池制造商對下一代動力電池技術達成的共識，但真正走進商業化從目前車企與電池公司給出的時間節點來看，至少還需要5年。
其實對于使用者來說，他們可能不太在乎自己的電動車會擁有怎樣的電池技術，但他們肯定會在乎要花費比燃油車更貴的價格購買的電動車什麼時候能真正能脫離續航與充電焦慮，在安全穩定性方面也不用再提心吊膽。
電動車以及動力電池之間的戰争還沒有定數，無論是半固态、全固态甚至是其他電池技術，隻要哪家車企盡快用上手段達成使用者的以上訴求，那麼它的産品會受到市場追捧就是必然，甚至還可能會改變電動車行業的遊戲規則，就看誰能搶先抵達這片電池技術的新高地了。【iDailycar】