固态电池突破的希望在哪里？

汽车的演变历史从某种层面来看其实是电池演变的一面镜子。如果动力电池技术一直停滞不前，电动汽车可能将被继续埋在尘埃中。固态电池被视为电动汽车加速取代内燃机车的希望。

为了提供更便宜、更安全且能够一次充电行驶800公里的电动汽车，汽车行业需要在电池技术方面取得突破。

但是，说起来容易做起来难。

日本、中国和美国的科学家正在努力破解如何显著提高电池存储能力，并使EV的行驶里程与汽油车相近的密码。

不少人将希望放在固态电池技术身上。这是电池内部架构的彻底改造，使用固体材料代替易燃液体来实现充电和放电。该技术有望对现有的锂离子电池组进行重大改进。现有锂电池的存储能力正接近瓶颈，并且可能永远无法为长距离续航的车型提供足够的电。

如果能够掌握，固态电池技术将加速内燃机汽车的灭亡，并可将电动汽车的充电时间从多达几个小时削减至10分钟左右。

“除了固态电池技术，我们看不到其他实现的方式，”福特汽车能源存储战略及研究总部负责人Ted Miller：“我现在无法预测的是，谁将把它商业化。”

固态电池多久可以商业化？

商业化的赌注是巨大的，也足够诱人。

随着电动汽车的大规模应用，锂离子电池呈现出指数级增长的趋势。BloombergNEF的最新报告发现，电动公交车和乘用车在2017年的锂离子电池需求量为44千兆瓦时，到2030年，预计需求量将超过每年1,500千兆瓦时。根据瑞银集团（UBS Group AG）的数据，任何具有超过现有锂离子技术的固态电池都可在电动车电池的市场中占据优势。到2025年车载锂电池市场规模将达到约840亿美元，而现在约为230亿美元。

当前，性能最佳的固态电池仅足以支撑一座汽车横穿富士山附近的丰田汽车停车场。

不少企业、高校已参与到固态电池的研发中，如戴姆勒、菲斯科、中国锂电巨头、法国石油公司道达尔以及麻省理工大学和斯坦福大学的衍生企业。菲斯科最早可能会在今年进行车辆测试，而丰田和戴姆勒的时间表可延伸至2020年。

锂离子电池技术在运用于电动汽车和能源储存之前，已在移动电话和个人电子产品上被使用了数十年。它使用液体电解质供离子在阳极和阴极之间来回穿梭，以对电池充电或放电。顾名思义，固态电池用固体材料，如陶瓷、玻璃或聚合物，代替这种液体。

固态电池技术可以降低电池爆炸的风险，减薄电芯，允许在汽车座椅下安装体积更小的电池PACK。研究人员还希望将固体电解质与锂金属阳极配对，以提高能量密度，使电动汽车能够长距离行驶。这可能有助于消除消费者对中途电量耗尽的担忧，从而提振电动汽车的销量。

要实现这一切，需要解决一系列难题。当前的固态原型电池寿命对于车辆而言还太短，并且导电性差，成本不具竞争性，以及在充电或放电时会出现剧烈膨胀和材料收缩的情况。日本锂离子电池技术与评估中心联盟（LIBTEC）常务董事Yasuo Ishiguro直言，当科学家解决一个问题时，通常会加剧另一个问题的产生。但问题并没有阻止企业的研发。包括丰田、松下、日产在内的25家企业联合起来，在政府9,000万美元的资助下，正加快研发固态电池的进度。三星SDI、SKI、现代汽车也正在研究这项技术。

国内，青岛能源研究所将在两年内把固态电池装车，进行测试，并在2025年之前考虑商用产品。最大的电池生产商宁德时代面向新电池的研究中包括固态电池。

“乘用车领域，我们应该在21世纪20年代初期看到固态电池原型，”戴姆勒电池研究主管Andreas Hintennach认为。这家汽车制造商上个月刚订购了一批到2030年前价值230亿美元的锂离子电池。

大众汽车公司计划最快在2022年与合作伙伴QuantumScape开始试生产固态电池。

然而，考虑到固态电池应用的难度，这些时间表可能都太乐观了。“这是一个残酷的战场，至今无人靠近，” Cairn Energy Research Advisors总经理Sam Jaffe。

BNEF分析师James Frith表示，大概到20年代末固态电池才会被商业化。即使到那时，它们仍然非常昂贵。

特斯拉表示，它经常与开发人员交谈，并审查固态电池原型，但尚未看到一种比现有锂离子电池更好的技术。 “我们已经很努力了，”首席技术官JB Straubel在6月份的年度会议上指出：“但我们还没有发现更佳选择。”

特斯拉供应商松下表示，它将继续研究固态技术，尽管在商业化成为可能之前还存在“许多障碍”。

突破希望在丰田？

根据竞争对手、学界和专利数据，固态电池技术实现突破的最大希望在丰田身上。

根据彭博社的Tommy Shen分析，丰田至少拥有233项关于固态电池的专利或申请，几乎是其直接竞争对手数量的三倍。该公司计划在其电池业务上投资1.5万亿日元（约合139亿美元）。而且，根据其去年10月份发布的年度报告，它计划在21世纪20年代初将固态技术商业化。

在过去十年中，丰田在东富士研究中心部署多达200名员工，开发这项技术。该公司已经取得了一定进展，例如在数字钟表、两轮摩托车和传送带中使用固态电池提供动力。随后丰田将在其单座低速汽车COMS的改装版本中测试了该技术。

福特Miller表示，随着许多电动车电池制造商专注于提升产量和降低成本，丰田的主要挑战反而是来自于美国的新创公司。这也是大众汽车去年投资1亿美元来增持QuantumScape股份的原因之一。双方合作目标是使QuantumScape正在开发中的全固态电池在2025年前实现量产化。

雷诺-日产-三菱联盟则资助了位于马塞诸州的Ionic Materials Inc.。宝马在2017年12月份与总部位于科罗拉多州的电池公司Solid Power建立了合作伙伴关系。后者首席执行官Doug Campbell表示，他相信固态技术在汽车领域具有商业可行性。只不过还需要再过5到10年。

从某种意义上讲，汽车的演变历史就是电池的进化过程。若论起源，电动汽车也已经有了180多年的历史，出现时间与燃油车不相上下。可铅酸电池、镍氢电池均未使电动汽车的地位有所突破。直至磷酸铁锂电池、三元锂电池的升级才使得部分消费者逐步接受电动汽车。

若固态电池商用化，电动汽车将加速取代内燃机车的步伐。谁率先掌握这项技术，也将在未来竞争格局中握有更大的话语权。