“它們更輕，能量密度更高，續(xù)航里程更長(zhǎng)，成本更低，充電時(shí)間更快。但用于汽車(chē)的固態(tài)電池組還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有準(zhǔn)備好?！?/em>

（Solid Power 公司展示的固態(tài)電池樣品）

• 汽車(chē)制造商希望有可行的固態(tài)電池，雖然有報(bào)道稱固態(tài)電池技術(shù)一直在進(jìn)步，但汽車(chē)電池組還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有準(zhǔn)備好。

• 大眾、豐田、通用、現(xiàn)代和福特、蔚來(lái)等都對(duì)固態(tài)電池技術(shù)公司進(jìn)行了大量投資。

• 目前全球范圍內(nèi)固態(tài)電池的潛在供應(yīng)商有QuantumScape、Solid Power，輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、清陶、衛(wèi)藍(lán)新能源等
  

• 固態(tài)電池可能會(huì)在2020年代后期進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域，但它最初可能只是一個(gè)展示這項(xiàng)技術(shù)的平臺(tái)，而且價(jià)格要比鋰離子電池高得多。

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固態(tài)電池公司QuantumScape2020年11月27日首次上市，在不到一個(gè)月的時(shí)間里股價(jià)迅速飆升至256%。大量媒體報(bào)道稱，這家初創(chuàng)公司正與Tesla競(jìng)爭(zhēng)，并推出了汽車(chē)行業(yè)最有價(jià)值的股票之一，比爾·蓋茨也成為其中的一名投資者。但隨后股價(jià)從最高點(diǎn)暴跌60%，InvestorPlace.com網(wǎng)站報(bào)道說(shuō)“其股市表現(xiàn)軌跡類(lèi)似于自由落體”， 一些投資集團(tuán)甚至對(duì)QuantumScape公司提起集體訴訟。

這里面到底發(fā)生什么事了？

首先，先給固態(tài)電池來(lái)個(gè)輪廓描述。固態(tài)電池是使用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解液作為離子傳導(dǎo)的媒介（圖1），固態(tài)電池顯示出巨大的應(yīng)用前景是因?yàn)樗鼈兿耸箓鹘y(tǒng)鋰離子電池沉重的液體電解質(zhì)，并解決了液態(tài)電池在高溫下面臨的脹氣、熱失控等危險(xiǎn)問(wèn)題。固態(tài)電池可以更輕，具有更大的能量密度，更長(zhǎng)的續(xù)航，更低的成本，更快的充電時(shí)間。但股市的繁榮掩蓋了這樣一個(gè)事實(shí)：將固態(tài)電池推向市場(chǎng)是很困難的事，需要相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，目前大部分公司和研究團(tuán)隊(duì)均在電芯（Cell）級(jí)別上進(jìn)行研究，而面向汽車(chē)用的電池模組（Pack）還遠(yuǎn)沒(méi)有準(zhǔn)備好。

QuantumScape公司是斯坦福大學(xué)（Stanford University）與大眾汽車(chē)集團(tuán)（Volkswagen Group）2010年在加州成立了一家合資企業(yè)（大眾投資超過(guò)3億美元）。該公司今年1月份聲稱其在電池商業(yè)化方面邁出重要一步，他們已經(jīng)制造出了耐火型電池（圖2），在1100次循環(huán)后仍至少能保留80%的容量。該公司在推特上宣布：“這種電池模型如果對(duì)應(yīng)300英里的電池組，其行駛里程可超過(guò)30萬(wàn)英里；如果對(duì)應(yīng)500英里的電池組，其行駛里程超過(guò)50萬(wàn)英里?！彼Ｍ?024年將其電池商業(yè)化。（備注：1英里=1.6公里）

但有兩件事使公司股票走下坡路。一件是1月4日發(fā)表在Seeking Alpha（面向金融市場(chǎng)的大眾內(nèi)容服務(wù)機(jī)構(gòu)）的報(bào)告稱QuantumScape的電池“體積太小，未經(jīng)驗(yàn)證”（甚至比iWatch電池還要?。瑥奈丛趯?shí)驗(yàn)室外測(cè)試過(guò)”。 報(bào)告里提到，“它們可能永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到他們宣傳的性能?！?/p>

圖3 大眾集團(tuán)的電動(dòng)汽車(chē)概念車(chē)

根據(jù)Seeking Alpha的說(shuō)法，“構(gòu)建一個(gè)固態(tài)電池，使其能夠在真實(shí)場(chǎng)景中達(dá)到所需的倍率和溫度功能，是非常，非常困難的。事實(shí)上，這太難了，以至于沒(méi)有人做過(guò)?！?/p>

就在幾天后，紐約的一家律師事務(wù)所Gainey McKenna&Egleston宣布代表投資者對(duì)QuantumScape提起集體訴訟，指出在Seeking Alpha事件發(fā)生后，股價(jià)下跌了40%。該律所聲稱所有投資者可以在3月8日之前申請(qǐng)成為集體訴訟團(tuán)隊(duì)的一份子。

QuantumScape已經(jīng)明確表示，電池仍處于開(kāi)發(fā)階段，測(cè)試結(jié)果來(lái)自小的電池原型（small prototypes），而不是完整的電池組。首席技術(shù)官（CTO）蒂姆 霍爾姆（Tim Holme）1月15日說(shuō)：“我們還有很多工作要做。”

QuantumScape創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官（CEO）賈格迪普·辛格（Jagdeep Singh）在接受采訪時(shí)表示，公司沒(méi)有歪曲其技術(shù)?！癝eeking Alpha的故事毫無(wú)價(jià)值，” 他說(shuō)，“它讀起來(lái)就像是一個(gè)對(duì)電池一無(wú)所知的人寫(xiě)的?！毙粮駥?duì)他的解決策略充滿激情和信心，通過(guò)使用固態(tài)陶瓷隔膜，公司將在其他人失敗的地方取得成功。

很明顯，汽車(chē)公司希望有可行的固態(tài)電池，據(jù)報(bào)道有些公司比其他公司做的更好。日本經(jīng)濟(jì)新聞（Nikkei.com）網(wǎng)站2020年12月報(bào)道，“豐田計(jì)劃在2020年代初成為第一家銷(xiāo)售配備固態(tài)電池電動(dòng)汽車(chē)的公司。這家全球最大的汽車(chē)制造商將在2021年推出一款原型車(chē)?！?/p>

豐田（Toyota）確認(rèn)了其固態(tài)計(jì)劃，但對(duì)推出時(shí)間表持更為謹(jǐn)慎的態(tài)度。“下一代電池，如固態(tài)電池和金屬空氣電池，比鋰離子電池更安全，表現(xiàn)出更好的性能，”豐田汽車(chē)北美安全和質(zhì)量通信經(jīng)理埃德·赫爾維格（Ed Hellwig）說(shuō)?！拔覀兡壳罢谘邪l(fā)，包括固態(tài)電池的生產(chǎn)技術(shù)，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超小型電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)。我們正在加快發(fā)展，爭(zhēng)取在2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化?！?/p>

通用汽車(chē)（General Motors）也在研發(fā)固態(tài)電池，但并沒(méi)有透露其研究成果，而是宣布了對(duì)傳統(tǒng)Ultium電池的改進(jìn)。到2025年，通用汽車(chē)預(yù)計(jì)電池的成本將比現(xiàn)在的電池低60%，能量密度是現(xiàn)在的兩倍。發(fā)言人PhilLienert說(shuō)：“我們對(duì)未來(lái)的電池技術(shù)還不能說(shuō)太多?！?/p>

蔚來(lái)汽車(chē)同樣在合作研發(fā)固態(tài)電池、蔚來(lái)汽車(chē)1月9日在國(guó)內(nèi)率先發(fā)布了一款單體能量密度達(dá)360Wh/kg的150kWh固態(tài)電池包產(chǎn)品，計(jì)劃將于2022年第一季度裝車(chē)，但董事長(zhǎng)李斌在接受記者采訪時(shí)表示，蔚來(lái)固態(tài)電池的供應(yīng)商不方便透露。李斌說(shuō)，蔚來(lái)汽車(chē)與固態(tài)電池供應(yīng)商之間有著非常緊密的合作關(guān)系，且肯定是業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的公司，“我們會(huì)全力加快量產(chǎn)，我們選擇的是最好的、最先進(jìn)的、能夠量產(chǎn)的技術(shù)。”

福特（Ford）和現(xiàn)代（Hyundai）對(duì)總部位于科羅拉多州的固態(tài)公司Solid Power進(jìn)行了投資。Solid Power首席執(zhí)行官（CEO）道格·坎貝爾（Doug Campbell）對(duì)《汽車(chē)周刊》（《Autoweek》）表示，他的公司在無(wú)液體22層疊片硫化物基全固態(tài)電池研究方面取得了非常好的效果?！拔覀兿Ｍ?026年左右看到商業(yè)上可行的生產(chǎn)，也表示著汽車(chē)電池的成本不會(huì)太高，” 他補(bǔ)充說(shuō)，“公司的突破性發(fā)展將很快到來(lái)，也許在2020后的第一個(gè)四年內(nèi)，請(qǐng)大家繼續(xù)關(guān)注。”

Solid Power表示，其生產(chǎn)的電池能量密度高于目前可用的任何鋰離子電池，到2022年，電池的能量密度可以超過(guò)400 Wh/kg。該公司表示，其“秘密武器”是在科羅拉多州路易斯維爾工廠生產(chǎn)的硫化物電解質(zhì)粉末。發(fā)言人威爾·麥肯納（Will McKenna）說(shuō)：“Solid Power在具備大規(guī)模生產(chǎn)固體電解質(zhì)能力后將把電池生產(chǎn)外包?！?/p>

國(guó)內(nèi)近些年也涌現(xiàn)出臺(tái)灣輝能科技、江西贛鋒鋰業(yè)、清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源等諸多固態(tài)電池供應(yīng)商，其差異在于發(fā)展路線是基于硫化物還是氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料。

輝能科技稱早在2013年就實(shí)現(xiàn)了固態(tài)電池的量產(chǎn)，不過(guò)主要應(yīng)用在消費(fèi)電子領(lǐng)域（圖4），近幾年來(lái)則加速了在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的布局。輝能科技是全球首家可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池卷片生產(chǎn)的產(chǎn)線，其創(chuàng)始人、CEO楊思枏?fù)嘎叮?021年年初輝能科技會(huì)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)?！肮虘B(tài)電池在整體高能量情況下，安全性還是有疑慮的?！睏钏紪徳诮邮堋峨妱?dòng)汽車(chē)觀察家》專訪時(shí)也表達(dá)了對(duì)固態(tài)電池安全性的憂慮。

同樣基于氧化物發(fā)展路線的還有清陶能源和衛(wèi)藍(lán)新能源公司，值得注意的一點(diǎn)是氧化物固態(tài)電解質(zhì)的本征低離子導(dǎo)率的缺點(diǎn)難以滿足全固態(tài)電池的要求，該類(lèi)型電解質(zhì)材料在使用過(guò)程需要配合摻入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的電解液。許曉雄博士在汽車(chē)百人會(huì)上曾提到，“基于氧化物固態(tài)隔膜的混合固液電解質(zhì)鋰電池可以兼顧較高能量密度的安全特性，現(xiàn)在已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，而且這個(gè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)很多專利還都是國(guó)內(nèi)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但是其規(guī)?；耐茝V還是需要國(guó)家政策的支持?！?2021年2月1日科技部下發(fā) “十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車(chē)”重點(diǎn)專項(xiàng)征求意見(jiàn)的子課題中提出發(fā)展全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)（基礎(chǔ)研究），有一項(xiàng)考核指標(biāo)室溫電導(dǎo)率＞1 ms/cm，基本等于把氧化物固態(tài)電解質(zhì)的選擇擋在門(mén)外。

基于硫化物發(fā)展路線的供應(yīng)商是江西贛鋒鋰業(yè)和寧德時(shí)代，呈現(xiàn)出良好發(fā)展勢(shì)頭，未來(lái)想要進(jìn)一步在硫化物固態(tài)電池有更高的建樹(shù)，需要考慮如何突破豐田、日立造船等日本企業(yè)在硫化物固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域的專利封鎖。而針對(duì)蔚來(lái)汽車(chē)宣布的2022年第一季度可裝車(chē)的單體能量密度360Wh/kg 、容量在150kWh固態(tài)電池包（圖5）的供應(yīng)商直到現(xiàn)在依然是一個(gè)謎團(tuán)。

　　圖5 蔚來(lái)150kWh電池包，采用固態(tài)電池技術(shù)，單體能量密度360Wh/kg

坎貝爾（Solid Power CEO）說(shuō)：“基于固態(tài)電池研發(fā)早期的炒作和不實(shí)宣傳一直是個(gè)問(wèn)題。電池界已經(jīng)因過(guò)度承諾和交付不足慢慢被敗壞名聲。吸取這一教訓(xùn)能有效降低股票投機(jī)者對(duì)電池公司一夜之間出現(xiàn)奇跡的預(yù)期?！?nbsp;托馬斯·愛(ài)迪生（Thomas Edison）在1883年明確指出了這個(gè)問(wèn)題，他說(shuō)：“在我看來(lái)，蓄電池是一種花銷(xiāo)，一種轟動(dòng)，一種股票公司欺騙公眾的機(jī)制。”

知乎網(wǎng)友表達(dá)了對(duì)固態(tài)成本的擔(dān)憂“目前液態(tài)鋰電池的成本大約在1200~2000元/千瓦時(shí)，如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造足以為智能手機(jī)供電的固態(tài)電池，其成本會(huì)高達(dá)6萬(wàn)元，更別說(shuō)為汽車(chē)供電的固態(tài)電池成本了?！钡瑫r(shí)他表示“任何新技術(shù)、新產(chǎn)品剛出來(lái)成本都較高，一旦生產(chǎn)技術(shù)成熟、產(chǎn)量上去了，成本自然而然就能下來(lái)，這就需要像比亞迪或?qū)幍聲r(shí)代這類(lèi)巨型企業(yè)的巨量投入才有實(shí)現(xiàn)的可能了?！?/p>

分析師們對(duì)可能帶來(lái)的好處和需要克服的障礙進(jìn)行了合理評(píng)價(jià)。Guidehouse Insights電子移動(dòng)首席分析師Sam Abuelsamid表示：“固態(tài)電池在解決快速充電時(shí)的穩(wěn)定性、安全性等諸多挑戰(zhàn)方面有著巨大的前景和潛力。然而，迄今為止還沒(méi)有人能夠從人工制作樣品過(guò)渡到擴(kuò)大電池尺寸和產(chǎn)量，以達(dá)到為汽車(chē)提供動(dòng)力的實(shí)際效果。與我交談過(guò)的大多數(shù)真正了解電池的人都不看好固態(tài)電池出現(xiàn)在任何一個(gè)pack中，直到2020年代末?！?br>

Abuelsamid同時(shí)表示，豐田預(yù)計(jì)不會(huì)在2025年前推出固態(tài)電池，通用汽車(chē)及其LG合作伙伴“也在走這條路，但最早也只能指望固態(tài)電池在2020年代后期才能用?！标P(guān)于QuantumScape，他表示其設(shè)計(jì)“看起來(lái)很有趣，但我不確定在充電時(shí)使用鋰負(fù)極的想法是否可行。”

固態(tài)電池匹配金屬鋰負(fù)極的一個(gè)障礙是，負(fù)極會(huì)產(chǎn)生一種稱為“枝晶”的樹(shù)枝狀尖峰晶體，導(dǎo)致電池壽命縮短和安全問(wèn)題。三星聲稱用銀碳復(fù)合層負(fù)極解決了這個(gè)問(wèn)題。該公司在2020年表示，其開(kāi)發(fā)的小型電池具備用于500英里續(xù)航里程、1000次循環(huán)、50萬(wàn)英里的潛在能力。不過(guò)，三星并沒(méi)有商業(yè)化的時(shí)間表。該公司表示：“這項(xiàng)研究的成果可能是未來(lái)更安全、高性能電池的種子技術(shù)。”

Singh對(duì)三星的做法不屑一顧，并表示QuantumScape是唯一一家真正解決了鋰枝晶問(wèn)題的公司。特斯拉的聯(lián)合創(chuàng)始人JB Straubel是QuantumScape多年的首席電池專家，他在去年12月的一次Zoom電話會(huì)議上說(shuō)：“看到這些成果和團(tuán)隊(duì)所取得的成就令人難以置信地興奮（圖6）?！蓖瑯恿钊斯奈璧倪€有諾貝爾獎(jiǎng)得主、鋰離子電池先驅(qū) Stanley Whittingham。他說(shuō)：“看來(lái)QuantumScape是取得了真正的進(jìn)展?！?/section>

圖6 QuantumScape公司的固態(tài)電池解決方案

盡管汽車(chē)制造商有著宏偉的計(jì)劃，電池供應(yīng)商也在不斷的突破，但他們的合作通常也會(huì)面臨挫折和分歧。2015年，英國(guó)吸塵器巨頭戴森斥資9000萬(wàn)美元收購(gòu)了總部位于密歇根州安娜堡的Sakti3公司及其專利，這是一家由前密歇根大學(xué)工程學(xué)教授安·瑪麗·薩斯特里領(lǐng)導(dǎo)的固態(tài)電池公司。

戴森（Dyson）打算花費(fèi)數(shù)十億美元建造自己的電動(dòng)汽車(chē)（圖7）。但在2017年，戴森放棄了部分昂貴的Sakti3專利。創(chuàng)始人兼總工程師詹姆斯·戴森（James Dyson）在去年向員工發(fā)表的一份聲明中說(shuō)：“盡管我們?cè)谡麄€(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中都非常努力，但我們?cè)僖部床坏揭环N讓電池車(chē)項(xiàng)目在商業(yè)上可行的方法了，巨大的悲傷和失望朝我們襲來(lái)。生活總是充滿了風(fēng)險(xiǎn)和失敗。我們嘗試過(guò)，但失敗了?！?/section>

圖7 戴森電動(dòng)汽車(chē)概念車(chē)

Sastry，作為戴森研發(fā)團(tuán)隊(duì)的一員，他拒絕公開(kāi)發(fā)表講話，他離開(kāi)了戴森（也是在2017年），然后宣布了加入Amesite，這是一家人工智能驅(qū)動(dòng)的軟件公司，基于云平臺(tái)上為K-12學(xué)校、大學(xué)和企業(yè)提供具有吸引力和成本效益的在線課程和項(xiàng)目。

戴森在給《汽車(chē)周刊》的一份聲明中說(shuō)，公司的固態(tài)電池工作仍正在進(jìn)行中。該公司表示：“我們很顯然仍在對(duì)固態(tài)技術(shù)進(jìn)行投資，并將繼續(xù)在安娜堡研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。”戴森的工程師們正在研究電池、材料和電極，期望提高能量密度，而且讓電池更安全、更環(huán)保。戴森的研究跨越了美國(guó)、日本、新加坡和英國(guó)，重點(diǎn)是戴森公司固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化的專利。它承諾比現(xiàn)在的現(xiàn)有電池更安全、更清潔、更持久、更高效的儲(chǔ)能?！?/p>

2011年，法國(guó)億萬(wàn)富翁文森特·博洛雷（Vincent Bolloré）是電動(dòng)汽車(chē)租賃公司Autolib的幕后推手，他使用了大約2500輛小型汽車(chē)和自己的固態(tài)鋰金屬聚合物（Lithium-Metal-Polymer，LMP）電池。它開(kāi)始于巴黎，并蔓延到其他法國(guó)城市，最終在印第安納波利斯開(kāi)設(shè)了一個(gè)分支機(jī)構(gòu)——藍(lán)印地公司，推廣了相同的汽車(chē)。但法國(guó)航空公司在2018年關(guān)閉了這項(xiàng)服務(wù)，藍(lán)印地公司也在2019年關(guān)閉。

該公司表示，從戴姆勒（Daimler）eCitaro 客車(chē)（圖8）和Autolib的汽車(chē)上看到，它的電池已經(jīng)行駛了1.86億英里。博洛雷集團(tuán)仍將致力于其技術(shù)，并通過(guò)Blue Solutions公司在法國(guó)和加拿大建造工廠，以制造LMP電池。Blue Solutions北美業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人阿德里安·泰利姆（Adrian Tylim）表示，租車(chē)業(yè)務(wù)達(dá)到了他們的目的，也證明了LMP電池的功效。

圖8 博洛雷集團(tuán)采用LMP（Lithium-Metal-Polymer）電池的eCitaro 客車(chē)

泰利姆指出，博洛雷擁有世界上唯一商業(yè)上可行的固態(tài)電池組，這使它在開(kāi)發(fā)下一代電池方面處于領(lǐng)先地位，尤其是基于該類(lèi)型電池能夠在室溫下工作的技術(shù)攻關(guān)。他說(shuō)：“我們還沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)，但我們需要的是漸進(jìn)式的進(jìn)展?！?/p>

伍德麥肯齊（Wood Mackenzie）負(fù)責(zé)運(yùn)輸和流動(dòng)性的首席分析師拉姆·錢(qián)德拉塞卡蘭（Ram Chandrasekaran）提出了一個(gè)至關(guān)重要的觀點(diǎn)：汽車(chē)制造商也許能在2020年代后期將固態(tài)電池應(yīng)用到汽車(chē)上，但它最初可能是展示這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)窗口，目前還不是一個(gè)可行的市場(chǎng)行為?！八鼈?nèi)詫⒈葌鹘y(tǒng)的鋰離子電池貴得多，”他說(shuō)?！耙尮虘B(tài)電池買(mǎi)得起并逐步安裝到大眾市場(chǎng)的汽車(chē)上，還需要一點(diǎn)時(shí)間?！?/p>

休眠多年的固態(tài)電池市場(chǎng)現(xiàn)在正在升溫，其他參與者包括Ionic Materials、Sion Power、萬(wàn)向一二三、鵬輝等諸多公司。這些公司中會(huì)有一家生產(chǎn)未來(lái)的電池嗎？似乎很有可能。

本文來(lái)源：Battery Insider