专题
[摘要]毋庸置疑，固态电池取代液态电池将是大势所趋，按照液态到半固态，再到准固态最终实现全固态的技术演化路径，全固态电池将是最终形态。蔚来汽车ET7的高调发布，算是在推动固态电池的商业化应用方面，迈出了重要的一步。
众所周知，当前电动汽车主要搭载的是锂离子电池，它需要用到液态电解质溶液，但是锂离子电池本身具有能量密度瓶颈，且安全问题始终悬而未决。相比之下，固态电池的核心是固态电解质，在安全性大幅提高的同时，能量密度可实现成倍的增长，并且不易受到极限温度的影响，还具有重量更轻、寿命更长的优势。
固态电池的概念已经提出超过半个世纪，但是由于技术难度太大，时至今日仍然没有成熟的产品出现，大多还停留在炒概念或是实验室阶段。不过近日，国内造车新势力龙头蔚来汽车突然宣布，将在两年内上市360wh/kg超高能量密度，150kWh的固态电池，并声称搭载该电池的新款车型ET7续航里程可达1000公里。
消息传出后，在新能源车行业内引起巨大反响，但更多的是质疑的声音。合肥国轩高科工程研究总院常务副院长徐兴无就表示，固态电池大规模应用至少要到2025年，短时间内其只适用于部分场景；国联汽车动力电池研究院董事长熊柏青也表示，全固态电池现在距商业化还很远，现在做个演示都难，至少5年内没戏。
面对巨大的舆论热情，蔚来汽车董事长李斌不得不对其发布的固态电池进行解释。他表示蔚来汽车采用的是半固态电池，内部仍带有少量液态电解液。蔚来所做的是将这块半固态电池进行创新，比如在正极上采用纳米级包裹工艺，减少包裹材料厚度；在负极上采用预锂化工艺，提高电池容量，并掺入无机材料粉末等。
固态电池吼一吼 股价都得抖三抖
根据此前发布的《汽车产业中长期发展规划》，到2025年动力电池单体能量密度需要达到350Wh/kg。但是依靠当前主流的液态电解液的锂离子电池技术，不管是以比亚迪为首的磷酸铁锂电池，还是以宁德时代为代表的三元锂电池，单体能量密度理论上最高就350wh/kg且系统密度基本上限不超过300wh/kg，都难以实现。
而固态电池中由于是电解质取代了隔膜和电解质，意味着正负极间仅剩固态电解质。因此两极间的距离可缩短至十几微米，电池整体体积空间可增加近40%左右容量，重量则减少近25%。同体积下，容量更大，质量更低，能量密度也更高。根据试验结果，固态电池能量密度可达400wh/kg，理论能量密度可达700Wh/kg。
正因如此，大家把突破能量密度瓶颈的重任，寄托在固态电池身上，企业趋之若鹜。国内方面，包括辉能科技、清陶能源、珈玮股份、卫蓝新能源等企业，都在积极投建固态电池产线甚至部分已宣布投产；国外方面，包括三星SDI、SKI、LG化学、麻省固能、Quantum Scape等电池企业，在固态电池领域不断取得突破。
早在2016年底，珈伟股份就在上海举办“全球首例固态锂电池与快充电池发布会”。在发布会上，公司详细介绍了固态锂电池技术并进行安全性能演示。珈伟股份表示，公司全固态电池，在电池密度上可达到400wh/kg至600wh/kg。当时，公司固态电池已实现小批量生产，预计2017年底或2018年初实现大规模量产。
专业从事固态电池设计开发的卫蓝新能源，宣称其开发的固态电池能量密度在2018年便已达到300wh/kg。近几年来，卫蓝新能源固态电池在安全性方面均已通过测试，一直在进行样车的试验。2019年卫蓝新能源固态电池产品已供给无人机使用，同时固态电池原材料包括硅碳负极、固态电解质隔膜材料已实现批量生产。
而在固态电池领域走的比较快的辉能科技，此前也宣布其锂金属固态电池的原型电池已经制造出来，能量密度达到383Wh/kg，体积能量密度为1025Wh/L，循环做到500次。而且其固态电池已克服锂枝晶和锂苔的问题，负极完全采用锂金属。辉能科技计划今年内完成2GWh示范线，2022年起完成固态电池量产车投放。
除了上述企业，还有不少企业也公布了有关固态电池的量产计划，但是大都不达预期或是没有了下文。相比于上述企业的高调，传统动力电池厂家如比亚迪、宁德时代等则显得较为低调，虽早有固态电池的布局但鲜有消息放出，更从未提及量产时间。不过近期，一向低调的宁德时代，也在固态电池方面有了新的动作。
今年1月19日，宁德时代也公开了两种与固态电池相关的专利，其中就包括《一种固态电解质的制备方法》和《一种硫化物固态电解质片及其制备方法》。宁德时代表示，第一款专利可通过提高固态电解质电导率，从而提升全固态电池能量密度；第二款专利可提高固态电解质片的电导率及电池的能量密度和循环性能。
在这个时间点上，宁德时代公开固态电池专利信息，很容易让人联想到此前蔚来汽车发布的固态电池消息。此前蔚来汽车虽然发布了150kWh固态电池包，并定于2022年第四季度对外交付，但是蔚来汽车并未对外公布供应商信息，此前业界纷纷猜测该固态电池很有可能是由蔚来汽车现在的电池供应伙伴宁德时代提供。
但是后来李斌承认，蔚来汽车采用的是半固态电池，内部仍带有少量液态电解液。从宁德时代公布的专利信息来看，这两款专利都是固态电解质，而非固液混合电解质，因此蔚来汽车的半固态电池供应商是谁，仍然是个谜。而且宁德时代此前也表示，固态电池实现商业化至少需要5年，宁德时代的举动似乎别有用意。
笔者注意到，就在蔚来固态电池消息公布不久，涉及锂电池隔膜和电解液的概念股短期内纷纷大跌。接下来三个交易日，恩捷股份股价下跌21.47%，该千亿市值的锂电隔膜龙头市值便蒸发300多亿元。除了恩捷，市值600亿的天赐材料也同样遭遇跌停。此外受到波及的还有星源材质、新宙邦，星云股份、奥克股份等。
业内人士不禁调侃道，固态电池吼一吼，资本都得抖三抖。随后天赐材料表示，公司目前已开展全固态电池用固态电解质的研究，且已有专利布局，但距离真正的商用化还有很长的路要走；恩捷股份也表示，公司研究院有固态电池技术专业研究团队，已在全固态及半固态电池方面持续进行了多项深入细致的研究工作。
虽然固态电池尚未完全实现批量化生产，更不用谈商业化问题，但蔚来汽车对固态电池的激进布局，就像我们熟知的斗地主，我蔚来手里有好牌，所以我掌握着抢地主和加倍的主动权，你们只能跟。而宁德时代祭出固态电池专利，恩捷股份、天赐材料公布固态电池材料进展，也是在告诉对手，我有准备所以根本不虚。
技术成本待突破 商业化为时尚早
通常，行业内依据液体电解液的用量比例来作为固态电池的划分标准：整块电池中液体电解质质量百分比<10%为半固态；液体电解质质量百分比<5%为准固态；不含有任何液体电解质为全固态，因此蔚来发布的半固态电池只是固态电池技术路线上的初级段落。有激进者认为，将固液电解质称为固态电池实际是偷换概念。
业内人士称，在现有的高镍电池的基础上，往负极材料上掺加硅碳元素，就能生产出半固态电池，从技术上来看完全可行，早在几年前这项技术就已出现。而且这样做出来的半固态电池能量密度更高，单体能量密度可做到300Wh/kg以上。但是这样做的缺点是，材料成本会比较高，比传统锂电池高出数倍甚至是数十倍。
如果是全固态电池，生产成本还会更高。在固态电池领域拥有超过1000项专利，位居全球前列的丰田汽车就提到，目前固态电池面临的最大问题就在于解决成本问题，未来成本需要低于100美元/kWh才能与燃油机相抗衡。据了解，丰田将在今年内推出首款搭载固态电池的原型车，而直到2025年才会推出首款量产车型。
而在国内，电动车的补贴政策比较明确，电池企业也在这个政策下指导性进行生产，可以说政府对补贴要求是什么，电池企业就生产什么样的电池，这也导致固态电池短期内没有实际的刚需。就在发布固态电池的消息后不久，李斌也承认，全固态电池的量产还是很遥远的事情，原因是目前固态电池的市场需求还很低。
选择从半固态电池入手，通过蔚来汽车独有的电池租用服务模式（BAAS）降低用户的购买和使用成本。具体的做法是，将电池的产权剥离出来，用户购买车辆后可租用电池。而这种车电分离的模式有效解决了新能源车残值率大幅下跌的用户困扰，不仅让蔚来汽车拥有了更大的竞争优势，也使得汽车电池可以独立迭代。
李斌表示：“固态电池如果没有量产的机会，那么价格就会居高不下。蔚来的商业模式让我们可以保证固态电池启动量产所必须的量，所以我们推动固态电池技术量产的动力比别人大得多。固态电池车用级规模的量产需要有人去启动它，我们经过全面评估后认为能够做到量产，通过半固态电池打开市场是不错的选择”。
当然除了成本的原因，固态电池还有很多技术难点待突破。据了解，当前固态电池领域已经摸索出了三条较为可行的技术路线，即聚合物电解质、无机氧化物电解质以及无机硫化物电解质，三条路线也各有优缺点。其中聚合物电解质优点在于柔韧性比较好，可以做凝胶状态。缺点在于导电率过低，而且还会产生水份。
无机硫化物电解质方面，当前最好的硫化物电解质的导电率已经可以达到跟液态电池持平的水准。但这种材料耐高压方面比较差，跟水分接触，容易发生负反应，生成有毒的、易燃易爆的硫化氢气体；在无机氧化物电解质跟液态电解质的导电率差距不大，且对环境的要求比较低。缺点是柔韧性差，界面接触会比较差。
而即使是解决了固态电池材料问题，在量产方面也面临着很多问题。业内人士认为，目前电池企业在生产液态电池的时候，都需要追求产品的一致性。而固态电池由于是固定的不能流动，做不均匀，一致性会差于液态电池。现阶段的电池生产工艺在固态电池领域完全不适用，要大规模生产固态电池还需创新生产工艺。
清华大学南策文院士认为，任何新技术、新产品刚一开始出来，成本都较高，一旦生产技术成熟、产量上去，成本自然而然就能下来。固态电池一定要走向实用化、规模化。如果一直在纸上谈，何来进步。一个新技术出来，在热了一段时间后，一定要慢慢往产业应用方向走，哪怕迈出一小步也可以，但不迈出去不行。
毋庸置疑，固态电池取代液态电池将是大势所趋，按照液态到半固态，再到准固态最终实现全固态的技术演化路径，全固态电池将是最终形态。蔚来汽车ET7的高调发布，也算是在推动固态电池的商业化应用方面迈出重要一步。可预见的是，在解决技术和成本的问题后固态电池终将商业化，实现对液态锂电池的替代。
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