固態電池的理想與夢魘

文 / 黃耀鵬

當前，固態電池的幾個電解質方案，沒有優勢技術路線脫穎而出。如果兩年內不能進入小規模試制生產，考慮到生產線建設周期，2025年大規模商業生產的預測，就注定落空。

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。

整車企業都對電池供應產生了一些焦慮情緒，在供貨談判中，甚至出現了電池企業主導協議進程的情況。

但是長期而言，就像市場需求主導產業一樣，整車企業作為系統集成商，對電池發展節奏和方向，仍然擁有足夠的話語權。所有電池供應商和相當一部分主機廠，投資固態電池研發的理由，源頭就是市場需求。用戶對安全和續航的需求，一直延伸到技術路徑的選擇上。

10年來，有多家固態電池創業公司成立又倒閉，真正能挺下來的不多，因為這些公司無一例外都無法創建正向現金流。

固態美好，半固態很尷尬

當前技術水平，液態鋰電池單體能密最高可達300Wh/kg；算上PACK結構件后，能密180Wh/kg就很不錯了。業內普遍對液態電解質電池能密突破天花板信心不足。業內普遍認為，2025年PACK能密做到400Wh/kg、2030年達到500Wh/kg，才能匹配市場需求，當前技術路徑幾乎不可能。

消費者期待1000公里以上續航、機械撞擊安全性，在固態電池上都能找到理論突破口。固態理論能密高達700Wh/kg以上（重量減輕），而且沒有液態電解質，意味著不會漏液、爆炸、柔性電解質保證無“枝晶”、上千次充放無衰減。

如此之多的好處，不僅讓眾多企業趨之若鶩，監管方也對固態作為“下一代電池”解決方案青睞有加。2019年工信部發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》，明確把固態電池列為“核心技術”攻關工程。至少表明固態表現出明確的技術潛在優勢和商業前景。

今年初，蔚來重申了2022年在首款轎車上使用續航長達1000公里的“固態電池”。實際上，當前普遍使用的鋰離子電池，和固態電池（不含液體電解質）之間，還有半固態（液態電解質<10%）、類固態/準固態（液態電解質<5%）兩個過渡的技術狀態。

蔚來也暗示使用的并非“完全狀態”的固態電池，很可能是半固態。蔚來并未透露電池供應商的名字。

如果生產半固態電池，電解質生產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）生產線，生產納米材料（用于包裹正極），隔膜和外殼生產線可以沿用。這意味著投建新生產線，鑒于工藝不成熟，技術和投資風險很大。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

長期合作的寧德時代，其高管聲稱固態電池“也許在2030年”投入生產。顯然，中期內（2025年之前），寧德時代不看好固態電池的商業價值。

目前，大多數沉默的電池供應商，大多同意固態電池不會馬上進入商業應用。如果非要給個時間的話，都給到2030年。不僅因為它是個“最近的整數年份”，還因為10年左右的技術預期，能夠大致看到。同時它表明，目前量產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商也無力排除新技術，只要有一個創業公司或者任何一家企業研發出來可靠的量產技術，就會形成強大的羊群效應。詆毀或者無視，都毫無意義。

創業公司們則把“期望值”調高，樂觀的公司將量產時間“定在”2025年。這是可望又可及的年份，意味著技術不存在根本性障礙，工藝技術正在迅速成熟中。而創業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年已經過半，更激進的“2022派”已經迅速解體。這是明擺著的結果，無須多談。

固態上線，資本信心不足

和固態電池這兩年才在評論界火起來相比，擁有信息優勢的知識界、產業界，比媒體看得遠多了。學術界研究固態電池的歷史可追溯到30年前。10年前，固態電池成為產業界主流的研究方向，豐田和大眾都是在那時投入研發；而資本驅動的創業企業，自那以后層出不窮。

10年來，有多家固態電池創業公司成立又倒閉，真正能挺下來的不多，因為這些公司無一例外都無法創建正向現金流。去年底美國固態電池創業公司QuantumScape（QS）在紐交所上市，成為固態電池第一股。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的技術路線知之甚少。對于不斷延期的未來技術，資本市場給出了自己的態度，QS股價已經較高點腰斬。

當然，業內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電池“小規模量產能力”。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”是兩個概念。當前已經有廠家造出續航300公里左右的全固態電池組，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，經歷多年才可能達到量產狀態。

有學者認為，當前固態電池制造的難點，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

就當前生產工藝水平而言，固態電池堪稱“工藝噩夢”。

和當前鋰電池碳或者合金負極不同，固態電池采用鋰金屬作為負極。鋰的化學性質非常活潑，容易和水、空氣發生反應，還不耐高溫。令人糾結的是，要改善電解質和電極的界面阻抗，必須在1000度高溫下燒結電極材料。兩個相反的訴求同時存在，很難平衡。

而薄膜氧化物電解質，目前只有真空鍍膜才能保證電解質的均勻性，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，而且都不適應大規模生產。

整車企業都對電池供應產生了一些焦慮情緒，在供貨談判中，甚至出現了電池企業主導協議進程的情況。

一度打算生產電動車的戴森，把希望寄托在Sakti3固態電池上。硫化物電解質對生產環境和使用安全提出了巨大挑戰，只要泄露，就會反應產生硫化氫。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生產，又容易產生鋰枝晶，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年鋰電池發展的過程中已經通過迭代，得到大幅度的改善，NEDC續航從幾十公里發展到700公里。但是，沿著現有路徑，固態電池無法通過迭代獲得性能改善。

學者們因此對固態電池兩三年內從試驗室狀態走向工廠，也沒有信心。即便到了生產端，一輪又一輪的小試、中試，攻克掉諸多生產技術和工藝等方面的難關，才可以最終實現產業化，這又要消耗漫長的時光。

學者們仍然建議工業界把精力花在高鎳正極、硅碳負極以及高電壓電解液等現實道路上來。有人指出，如果不改變現有正負極體系，單純把液體電解質更換為固體電解質，是無法從根本上提升能量密度的。有些爆炒固態概念的企業，恰恰是只換電解質，不管正負極。

當前，固態電池的幾個電解質方案（聚合物、氧化物、硫化物），沒有優勢技術路線脫穎而出。此時談論產業化，是相當可笑的。從此刻算起，如果兩年內不能進入小規模試制生產，考慮到生產線建設周期，2025年大規模商業生產的預測，就注定落空。

這對于電池供應商來說，是好消息。因為即便固態量產方案走通，設備幾乎要換個遍，目前龐大的固定資產投資，幾乎全部要更迭，相當于重建生產線。

目前規劃和實施的投建產能，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，多種技術方案并行、逐步替代，還可接受；在此之前徹底拋棄液態電解質鋰電池，不符合電池供應商利益。而當前產業發展的趨勢，正讓電池供應商放下心來。