當前，固態(tài)電池的幾個電解質(zhì)方案，沒有優(yōu)勢技術(shù)路線脫穎而出。如果兩年內(nèi)不能進入小規(guī)模試制生產(chǎn)，考慮到生產(chǎn)線建設周期，2025年大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的預測，就注定落空。
文/《汽車人》黃耀鵬
在電動車供應鏈里面，按照分類，動力電池是價格最昂貴的配件。這一年多的時間里，動力電池供不應求，某種程度上進入了買方市場。
整車企業(yè)都對電池供應產(chǎn)生了一些焦慮情緒，在供貨談判中，甚至出現(xiàn)了電池企業(yè)主導協(xié)議進程的情況。
但是長期而言，就像市場需求主導產(chǎn)業(yè)一樣，整車企業(yè)作為系統(tǒng)集成商，對電池發(fā)展節(jié)奏和方向，仍然擁有足夠的話語權(quán)。所有電池供應商和相當一部分主機廠，投資固態(tài)電池研發(fā)的理由，源頭就是市場需求。用戶對安全和續(xù)航的需求，一直延伸到技術(shù)路徑的選擇上。
固態(tài)美好，半固態(tài)很尷尬
當前技術(shù)水平，液態(tài)鋰電池單體能密最高可達300Wh/kg；算上PACK結(jié)構(gòu)件后，能密180Wh/kg就很不錯了。業(yè)內(nèi)普遍對液態(tài)電解質(zhì)電池能密突破天花板信心不足。業(yè)內(nèi)普遍認為，2025年P(guān)ACK能密做到400Wh/kg、2030年達到500Wh/kg，才能匹配市場需求，當前技術(shù)路徑幾乎不可能。
消費者期待1000公里以上續(xù)航、機械撞擊安全性，在固態(tài)電池上都能找到理論突破口。固態(tài)理論能密高達700Wh/kg以上（重量減輕），而且沒有液態(tài)電解質(zhì)，意味著不會漏液、爆炸、柔性電解質(zhì)保證無“枝晶”、上千次充放無衰減。
如此之多的好處，不僅讓眾多企業(yè)趨之若鶩，監(jiān)管方也對固態(tài)作為“下一代電池”解決方案青睞有加。2019年工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，明確把固態(tài)電池列為“核心技術(shù)”攻關(guān)工程。至少表明固態(tài)表現(xiàn)出明確的技術(shù)潛在優(yōu)勢和商業(yè)前景。
今年初，蔚來重申了2022年在首款轎車上使用續(xù)航長達1000公里的“固態(tài)電池”。實際上，當前普遍使用的鋰離子電池，和固態(tài)電池（不含液體電解質(zhì)）之間，還有半固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)<10%）、類固態(tài)/準固態(tài)（液態(tài)電解質(zhì)<5%）兩個過渡的技術(shù)狀態(tài)。
蔚來也暗示使用的并非“完全狀態(tài)”的固態(tài)電池，很可能是半固態(tài)。蔚來并未透露電池供應商的名字。
如果生產(chǎn)半固態(tài)電池，電解質(zhì)生產(chǎn)至少也要用浸潤機替換注液機，新增鋰鹽和全新合金（包含鑭系金屬）生產(chǎn)線，生產(chǎn)納米材料（用于包裹正極），隔膜和外殼生產(chǎn)線可以沿用。這意味著投建新生產(chǎn)線，鑒于工藝不成熟，技術(shù)和投資風險很大。這就能解釋當前頭部電池供應商為何興趣缺乏。
預測保守派占優(yōu)
長期合作的寧德時代，其高管聲稱固態(tài)電池“也許在2030年”投入生產(chǎn)。顯然，中期內(nèi)（2025年之前），寧德時代不看好固態(tài)電池的商業(yè)價值。
目前，大多數(shù)沉默的電池供應商，大多同意固態(tài)電池不會馬上進入商業(yè)應用。如果非要給個時間的話，都給到2030年。不僅因為它是個“最近的整數(shù)年份”，還因為10年左右的技術(shù)預期，能夠大致看到。同時它表明，目前量產(chǎn)存在難以克服的困難，也就是“長期看好，短期沒戲”。
因為大的電池供應商是既有路徑的受益者，所以人們懷疑他們掩蓋了一些信息。實際上頭部電池生產(chǎn)商也無力排除新技術(shù)，只要有一個創(chuàng)業(yè)公司或者任何一家企業(yè)研發(fā)出來可靠的量產(chǎn)技術(shù)，就會形成強大的羊群效應。詆毀或者無視，都毫無意義。
創(chuàng)業(yè)公司們則把“期望值”調(diào)高，樂觀的公司將量產(chǎn)時間“定在”2025年。這是可望又可及的年份，意味著技術(shù)不存在根本性障礙，工藝技術(shù)正在迅速成熟中。而創(chuàng)業(yè)公司則是未來路徑的可能受益者。他們的說法，也可能摻雜了主觀愿望。
隨著2021年已經(jīng)過半，更激進的“2022派”已經(jīng)迅速解體。這是明擺著的結(jié)果，無須多談。
固態(tài)上線，資本信心不足
和固態(tài)電池這兩年才在評論界火起來相比，擁有信息優(yōu)勢的知識界、產(chǎn)業(yè)界，比媒體看得遠多了。學術(shù)界研究固態(tài)電池的歷史可追溯到30年前。10年前，固態(tài)電池成為產(chǎn)業(yè)界主流的研究方向，豐田和大眾都是在那時投入研發(fā)；而資本驅(qū)動的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，自那以后層出不窮。
10年來，有多家固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司成立又倒閉，真正能挺下來的不多，因為這些公司無一例外都無法創(chuàng)建正向現(xiàn)金流。去年底美國固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司QuantumScape（QS）在紐交所上市，成為固態(tài)電池第一股。QS成立于2010年，得到比爾·蓋茨、施特勞貝爾（特斯拉前高管）的天使投資，大眾則是主要投資者和預定的大客戶。
但是外界對QS的技術(shù)路線知之甚少。對于不斷延期的未來技術(shù)，資本市場給出了自己的態(tài)度，QS股價已經(jīng)較高點腰斬。
當然，業(yè)內(nèi)也傳出來一些相反的消息。有人聲稱，寧德時代、蜂巢能源、LG化學、三星SDI、松下和索尼都有固態(tài)電池“小規(guī)模量產(chǎn)能力”。不過，他們無一例外，都沒有把如此驚人的消息寫到財報里。
“能造出來”和“量產(chǎn)”是兩個概念。當前已經(jīng)有廠家造出續(xù)航300公里左右的全固態(tài)電池組，電芯造價（不是電池組）就高達370萬元人民幣。顯然，如果即便只是良品率的問題，也需要多次迭代，經(jīng)歷多年才可能達到量產(chǎn)狀態(tài)。
有學者認為，當前固態(tài)電池制造的難點，在于無法同時達致“高能量密度、快速充電、長循環(huán)壽命和寬溫度范圍工作”多重目標。
難以克服的工藝噩夢
就當前生產(chǎn)工藝水平而言，固態(tài)電池堪稱“工藝噩夢”。
和當前鋰電池碳或者合金負極不同，固態(tài)電池采用鋰金屬作為負極。鋰的化學性質(zhì)非?；顫姡菀缀退?、空氣發(fā)生反應，還不耐高溫。令人糾結(jié)的是，要改善電解質(zhì)和電極的界面阻抗，必須在1000度高溫下燒結(jié)電極材料。兩個相反的訴求同時存在，很難平衡。
而薄膜氧化物電解質(zhì)，目前只有真空鍍膜才能保證電解質(zhì)的均勻性，這大大提升了設備和工藝的要求。
這只是工藝中的一小部分問題。磁控濺射、脈沖激光沉積、真空熱氣相沉積、3D打印，哪一個都要花大價錢，而且都不適應大規(guī)模生產(chǎn)。
一度打算生產(chǎn)電動車的戴森，把希望寄托在Sakti3固態(tài)電池上。硫化物電解質(zhì)對生產(chǎn)環(huán)境和使用安全提出了巨大挑戰(zhàn)，只要泄露，就會反應產(chǎn)生硫化氫。想象一下，若客戶在街上開車碰撞，一股濃烈的臭雞蛋氣味包圍車廂和附近的行人，導致人群呼吸道灼傷和公共環(huán)境損害。對于廠商來說，是多么可怕的口碑。
旨在隔絕空氣的冷壓技術(shù)生產(chǎn)，又容易產(chǎn)生鋰枝晶，導致負極劣化。按下葫蘆浮起瓢，又貴又不省心，直接擊碎了戴森轉(zhuǎn)型的決心。
工藝不成熟、成本過高的問題，在過去10年鋰電池發(fā)展的過程中已經(jīng)通過迭代，得到大幅度的改善，NEDC續(xù)航從幾十公里發(fā)展到700公里。但是，沿著現(xiàn)有路徑，固態(tài)電池無法通過迭代獲得性能改善。
學者們因此對固態(tài)電池兩三年內(nèi)從試驗室狀態(tài)走向工廠，也沒有信心。即便到了生產(chǎn)端，一輪又一輪的小試、中試，攻克掉諸多生產(chǎn)技術(shù)和工藝等方面的難關(guān)，才可以最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這又要消耗漫長的時光。
學者們?nèi)匀唤ㄗh工業(yè)界把精力花在高鎳正極、硅碳負極以及高電壓電解液等現(xiàn)實道路上來。有人指出，如果不改變現(xiàn)有正負極體系，單純把液體電解質(zhì)更換為固體電解質(zhì)，是無法從根本上提升能量密度的。有些爆炒固態(tài)概念的企業(yè)，恰恰是只換電解質(zhì)，不管正負極。
當前，固態(tài)電池的幾個電解質(zhì)方案（聚合物、氧化物、硫化物），沒有優(yōu)勢技術(shù)路線脫穎而出。此時談論產(chǎn)業(yè)化，是相當可笑的。從此刻算起，如果兩年內(nèi)不能進入小規(guī)模試制生產(chǎn)，考慮到生產(chǎn)線建設周期，2025年大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的預測，就注定落空。
這對于電池供應商來說，是好消息。因為即便固態(tài)量產(chǎn)方案走通，設備幾乎要換個遍，目前龐大的固定資產(chǎn)投資，幾乎全部要更迭，相當于重建生產(chǎn)線。
目前規(guī)劃和實施的投建產(chǎn)能，在2025年至2028年到位，在2029年到2032年漸次收回投資。在此之前投入固態(tài)，多種技術(shù)方案并行、逐步替代，還可接受；在此之前徹底拋棄液態(tài)電解質(zhì)鋰電池，不符合電池供應商利益。而當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，正讓電池供應商放下心來。
