固态电池能否成为未来理想能源的救世主？

固态电池再次被炒热，究竟是未来理想能源的救世主，还是资本哄抬的概念泡沫，今天我们来聊聊这件事。

我们不妨先从电池的结构说起。以锂离子电池为例，主要由正极、负极和电解质组成。

锂离子相当于能量的“搬运工”，来回奔跑。在充电时，锂离子由负极移动到正极，而在放电时，则由正极移动到负极，由此完成能量的储存与释放。

这即是锂离子电池最基本的工作原理。而电动车最常搭载的三元或磷酸铁锂电池，皆属于锂离子电池，更准确地讲，属于“液态锂离子电池”，因为其电解质一般为“隔膜+电解液”的结构，中间含有液态物质。

相比之下，固态锂电池与液态锂离子电池最大的不同在于电解质。顾名思义，固态锂电池采用了固态电解质。

如果简单做一番电池发展史的回顾，车用动力电池至少经历了三个阶段的发展。首先是铅酸电池，然后是镍氢电池，直到如今的液态锂离子电池。

然而，液态锂离子电池并不是技术的终点，能量密度“天花板”非常明显。所以，下一代电池是什么？固态锂电池即是一条看上去还不错的备选路线。

固态电池如何打破“天花板”？

固态电解质是固态锂电池的核心，其潜在优势可以用4个词来概括：轻、薄、密、稳，主要解决目前动力电池遇到的2个核心难题：续航里程不够长，电池还不够安全。

更轻：固态电解质能够兼容金属锂为负极，不必使用当前更常见的石墨负极，可以减轻负极的质量。另外，金属锂的克容量比较高，理论上可以达到3860mAh/g，几乎是石墨负极的10倍，那么，负极材料的用量还可以大幅减少。

而在液态电解质中，金属锂与液态电解质的副反应比较多，仍没有非常有效的解决办法，锂金属在固态电解质中的兼容能力，却可以天然地解决这一瓶颈问题。

更薄：这是结构上的优化，由于不再使用液态电解质才需要的隔膜结构，所以固态电解质的结构可以更加紧凑，正负极之间的距离被有效缩短，电池的厚度大幅降低。

“电池小型化”也是技术发展方向之一，车要更轻，还要在有限的空间内，载入更多容量的电池，续航里程问题迎刃而解。

更密：能量密度有望大幅提高，以突破液态锂离子电池的上限。提高能量密度，从原理上讲，需要正极材料可以脱出更多的锂离子，充电至高电压即可实现。

但电压过高，液态电解质有可能氧化，正极材料将发生不可逆相变，但固态电解质可以承受更高的电压，用更专业的话讲，提供了更宽的电化学窗口。

此外，如果选择了金属锂为负极材料，正极材料的选择可以更多，将不再局限于三元或磷酸铁锂，甚至可以选择不含锂的材料，比如硫化物或空气，也就是更为超前的锂硫电池和锂空气电池。

当然，这些是更远的技术路线了。

更稳：液态锂离子电池为什么会发生爆炸危险？从两个方面来理解：1、在大电流工作下，有可能出现锂枝晶，一旦刺破隔膜，就有可能导致电池短路；2、液态电解质是有机液体，易燃烧，而且在高温下，还有可能产生更易燃的气体。

固态电解质主要有聚合物、氧化物、硫化物三种体系，耐高温，不易燃，无腐蚀，不挥发，基本可以消除电池自燃的风险。

理想非常之丰满，但固态锂电池仍没有很好的量产产品，困难主要在哪里？

高阻抗：无论何种介质体系，其导锂能力均不美好，与液态电解质相比差了多个数量级，致使导电率低。同时，固体与固体接触，接触差，内阻高，同样使得锂离子内部传输效率变低。

LFP电池涨价“前夜”

LFP|动力电池文章来源自：高工锂电网 2021-02-25 09:27:47 阅读：25 下游需求旺盛叠加上游原料价格持续上涨，动力电池企业产品交付和降成本压力骤增。 中汽协数据显示，2021年1月，国内新能源汽车产销分别完成19.4万辆和17.9万辆，同比分别增长285.8%和238.5%

成本高：在体量极少的情况下，制造成本、材料成本均高不可攀。但乐观地看，在全球庞大的电动车市场潜力面前，只要技术持续有突破，且陆续普及，降低成本的趋势值得期待。

循环差：这也是一个技术难题，在循环充放电过程中，固体之间的物理接触将会变差，影响充放电次数。

什么时候翻出量产的底牌？

往前翻翻历史，确实有过固态锂电池小规模量产的例子。

2011年，法国博洛雷公司生产了一款容量为30kWh的固态电池，其中的电解质为聚合物体系，并配合有双电层电容器。

这款电池有点“娇贵”，在室温下无法工作，还需要加热器将其升温至60-80℃才可启动。其能量密度也不理想，仅有110Wh/kg，再额外配备一个加热器，增加功耗。另外，双电层电容器的存在，是为了应对紧急加速等场景中功率瞬时增高的需求。

条件限制其实非常苛刻，这款电池尝试投放于共享出行市场，在商业化进程中好歹迈出了一步。

另一个例子是年初非常火热的QuantumScape。这家公司最初由斯坦福大学的前研究人员在2010年创办，大众汽车曾出资1亿美元进行投资。

QuantumScape披露了固态电池最新实验结果，强调了几个关键数据。其能量密度可达到350-500Wh/kg，可以在-30℃的极限环境中工作，以及可以在15分钟内充满80%的电量。

相关质疑声也很多。首先，QuantumScape所展示的电池，是一款容量仅有190mAh的微型电池，大概比iWatch所用的电池还要小，即使支持一部iPhone也需要20个这样的电芯堆积起来才能使用。

再想象一下，如果应用于电动汽车，还需要5000个iPhone使用的电池，这样算下来，至少需要10万个电芯堆积起来。量产制造需要攻坚克难，叠加之后，置于整车上的能量密度也可能并不理想。

上述两个例子，可以归为“小厂”的技术探索，那么，车界巨头或已在动力电池领域呼风唤雨的“大厂们”，又是怎样的态度？

丰田在固态电池领域亦有技术储备，电解质为硫化物体系。按照其之前释放的计划信息，搭载固态电池的车型最早要到2025年才有可能量产。

作为国产电池领域的“巨无霸”，宁德时代曾表示过，他们同样由固态电池的技术储备，但预计的量产时间是2030年。

事实上，诸上时间节点，一般是针对全固态电池而言的。而在技术发展中，不会一蹴而就，从结构上讲，电解质将会逐步减少液态电解质的使用，从半固态过渡到准固态，最后升级到全固态。

比如，蔚来ET7将会搭载的“固态电池”，即属于半固态电池，有望在近两年实现快速商业应用，但是，全固态电池普及之势，行业内多数预测在10年以后了。

写在最后

最理想的汽车能源是什么？能量密度高，无污染，安全，低成本。但如果要同时满足这4个条件，今天还很难做到。

对于下一代电池，人们有很多猜测。全固态电池、锂硫电池、锂空气电池，包括氢气燃料电池，都是备选路线。有点像王储夺嫡，只是说，全固态电池的竞争力还非常强。

当初，锂离子电池走入寻常百姓家，用了很长时间，下一代电池同样需要漫长的发育时间。

所有的研究都值得鼓励，而电池技术对线得越凶，内燃机“被出局”的危机感反而会越强烈。