改變電動車遊戲規則的突破口

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

無獨有偶，就在上個月底，上汽集團通過旗下兩隻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，股權占比去到了15.29%。這已經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。

清陶能源是幹嘛的呢？沒錯，乾的就是咱們開篇所說的固態電池。固態電池裡頭的獨角獸也不少，例如輝能科技、衛藍新能源、贛鋒鋰業、國軒高科、寧德時代等等。這裡頭，清陶能源是最早商業化的，已經建成了國內首條具有完全自主智慧財產權體系的固態鋰電池生產線。

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電池聯合實驗室，攜手推動了固態電池在汽車市場的商用。目前，他們聯合開發的第一代固態電池已經完成了裝車試驗，在實現「系統級零熱失控」的前提下，實現單體能源密度368Wh/kg。

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

憑藉著368Wh/kg的能量密度，上汽測試車輛的續航輕鬆突破1000公里。

不光是上汽，許多車企都開始押寶固態電池，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電池的產業；東風汽車還說了他們是最早研發固態電池的車企之一，而且還推出了50輛搭載固態電池的示範運營車；最激進的是賽力斯，說是今年就有固態電池的量產車上市。

還有國外的很多車企，例如奔馳、寶馬、福特、通用、現代、豐田、本田、日產等等都在積極布局固態電池，咱們就不一一細說了。

最近，貌似資本市場已經聞到了固態電池量產上市的風向，所以固態電池板塊的概念股一路走高，賽力斯甚至一度漲停。

當然，我們需要分清楚固態電池和半固態電池的概念，因為後者僅僅是現在的液態電解質電池的一種改良方案，還沒有徹底解決固態與固態完美接觸的問題，按照業內人士的話來講就是，只有30%的技術創新。

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

固態電池的量產有機會，但沒有那麼快，按照中國科學院院士歐陽明高的話來講就是，「固態電池真正投入大規模商業應用的時間在2025年～2030年之間。」在固態電池領域比較積極的日系三雄——豐田、本田、日產，大規模量產的計劃都在2030年前後。

不知道大家有沒有發現，許多熱衷於固態電池的車企，其實在過去一直被認為是新能源市場裡頭的保守派，上面提到的除了比亞迪和寶馬外，其他車企在新能源領域上的聲量都並不特別大，銷量當然也不怎麼高。

為什麼這些車企都在一窩蜂地追逐固態電池？原因當然有很多，其中我覺得的一個非常重要的原因在於，他們不想失去固態電池這個風口了。本田甚至稱固態電池為：「改變純電動車遊戲規則」。

很多人都說現在的特斯拉哪哪都比不上人家，為什麼銷量還是那麼高？原因我想無他，除了馬斯克個人的光環以外，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優勢，所以很多人一想到買台電動車，首先想到特斯拉這個品牌。

要想打敗特斯拉的先發優勢，也唯有更大的先發優勢。最近幾年，很多主機廠最想要搶占的標籤就是各種「首發」，什麼首款5G車，什麼首款搭載8155晶片的量產車......不過，這些都是些花花草草的創新，並不是用戶真正關心的地方。

液態電池的上限，是固態電池的下限

用戶真正關心的，毫無疑問就是電車裡頭成本最大的地方——電池。可以說，固態電池是電動車領域最近幾年少有的真正具有革命性的技術創新，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。

那麼，固體電池相比現在的液態電池，究竟有什麼優勢呢？不多，就三個，但也已經讓電池行業發生本質的變化：安全性更好、能量密度更高、循環壽命更長，還有一個優勢，還需要去慢慢檢驗的，就是固態電池的成本可能比現在的液態電池要低，估計是10%-20%的跌幅。

固態電池解決了現在的液態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於它的固態電解質身上。

所謂的固態電池就是把傳統電池裡面的液態電解質變成固態電解質。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，液態的電解質可以很好地把電極包裹起來，貼合度是相當好的，但是固態電解質很難實現這一點。

把電解質換成固態之後，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於電池內部發生了短路。為了防止電池內部的短路，現在的鋰離子電池內部都會有一層隔膜，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，鋰離子就會以沉澱的方式依附在電極表面形成鋰晶枝。隨著時間的沉澱，鋰晶枝就有很大的可能刺破隔膜，導致電池內部短路。現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後電池內部反應的一些情況。

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

這也是為什麼很多人說固態電池本徵安全性要遠高於現在的鋰離子電池。

也因為固態電池的電解質化學特性比較穩定，所以可以選用一些活性比較強的金屬來充當負極，例如液態電解液不能用的鋰金屬負極。

不管什麼電池，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。正極材料現在可選擇的範圍比較有限，所以固態和液態沒有太大的差別，區別度最大的就是負極材料。

現在的液態鋰電池大多是用石墨作為負極材料，矽基是現在的發展方向，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，而現在主流的電解液電壓窗口並不超過4.5V，也就意味著液態電池的能量密度有峰值，而並不特別高，業內吹風是350Wh/kg，比上汽和清陶能源合作的第一代固態電池低了。

而有著更大電壓窗口的固態電解質，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。業內比較保守的估計是，固態電池的體積能量密度可以超過1000Wh/L，質量能量密度可以超過400Wh/kg。

另外，也因為固態電解質能緩解鋰晶枝的現象，所以也能大大提高電池的循環壽命。

一般的三元鋰電池的循環壽命兩三千次，經過4000次的循環後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次循環後的剩餘容量能做到80%左右；固態電池的循環壽命則基本在5000次以上。

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

加工很難，但不是不能解決

固態電池最大的問題就是很難加工。

豐田所說的難點在於，因為固態電解質在充放電的過程中會反覆膨脹收縮，容易形成龜裂並不利於電池的壽命。還有就是剛剛提到的，因為它是固體和固體之間接觸，不像液態電解質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，還有就是製造成本會比較貴——為了讓電極和電解質接觸更加良好，所以需要在生產環節加入壓實的工藝，也就需要增添相應的設備。

不過這些都是站在現在固態電池還沒大規模量產的角度上說的，也有人預測固態電池的單位成本會比液態電池低，因為它不需要薄膜了。上面提到的什麼壓實工藝，隨著產能的增加，也能快速平攤到每一款電池，最後可能也會到了忽略不計的地步。

不管怎樣，固態電池可能會開啟電動汽車的新時代，只不過不會那麼快就到來。(文｜大雄)