顛覆新能源？固態電池技術廝殺逼近

非田

10月12日，豐田與出光達成協議，目標是全面量產電動汽車用全固態電池

日前，豐田汽車與日本石油化工巨頭出光興產株式會社（下簡稱“出光”）達成合作協議，雙方將共同開發固體電解質的量產技術，宣布將在2027-2028年達成實用化的目標，并盡快量產。

在記者會上，豐田公司的社長佐藤恒治無不興奮地表示，兩家公司攜手合作，必將穩步提升實現固態電池量產的能力。

近年來，豐田頻頻宣布在固態電池方面有所進展，從耐久性問題到成本控制，再到宣布量產規模和時間，儼然一副成竹在胸、勢在必得的模樣。

與現今主流的液態鋰電池相比，固態電池在安全性、能量密度、體積、量產后的成本方面都存在明顯的優勢，多重優點疊加之下，對新能源汽車乃至飛行汽車未來的發展都有舉足輕重的影響，稱得上是動力電池行業顛覆式的創新，也是電池未來發展的重要方向之一。

但就如今所掌握的信息和各家技術水平而言，現階段的電池距離豐田喊出的“續航距離延長2.4倍”“充電10分鐘行駛1200公里”等口號，還有明顯的距離。

擺脫底盤桎梏

1991年，索尼發布人類歷史上首個可商用的鋰電池，因其約2倍于此前鎳氫電池的能量密度與合理的成本，鋰電池迅速成為電池行業的主流方案，實現了電池行業的一次革命。

如今，30多年過去了，液態鋰電池研發制造已經接近天花板。業界普遍認為，液態鋰電池能量密度的理論上限在350Wh/kg左右，而目前大規模商用的液態鋰電池，能量密度大多都在向300Wh/kg靠攏，卻難以突破。可即便真突破了，天花板也相對有限，這也是各家電池廠商都在緊鑼密鼓研發固態電池的原因之一。

單從原理上來說，固態電池并不復雜，傳統的液態鋰離子電池由正負極、隔膜、電解液構成，因為濃度差，鋰離子在正負極間不斷移動，從而實現充電和放電，因此這種電池也有個很生動的形容，名為“搖椅式電池”。

而固態電池則是將液態離子電池中的電解液和隔膜更換成了固態電解質，即將在離子來回移動的通路變成固態，在固態的電解質中，離子移動速度更快，也更為穩定，從而得以實現安全快充。

安全性和更高的能量密度，是固態電池最明顯的優勢，這樣的優勢也賦予了行業未來發展無限的想象空間。

某汽車媒體主編Q先生告訴《看世界》，由于固態電池用固態的電解質代替了現有電池中的有機溶劑類電解液，在安全性上有明顯提升：電解液本身易燃易揮發，在充放電時，能量控制和穩定性往往會更差一些，這也是部分新能源車會自燃的原因之一；而固態的電解質通常更為穩定，“只要嚴格按照標準執行，固態電池是有可能實現電池永不起火、永不爆炸”。

從理論上來說，固態電池能量密度最高可達700Wh/kg，比液態鋰電池的理論數值整整翻了一倍。更高的能量密度，意味著在體積相同的情況下，可提供的能量更多，也意味著固態電池可以用更小的體積，達成如今液態電池的續航距離，這對安全性和車輛布局影響深遠。

據Q先生介紹，由于液態電池體積較大，略顯笨重，因此大多新能源車的電池都會被安置在底盤部位，而底盤本就容易剮蹭，一旦發生較大剮蹭或劇烈碰撞，即便沒有立刻影響行車安全，也會埋下安全隱患。因此，在中國新車評價規程（C-NCAP）2024版征求意見稿中，加入了電動汽車刮底試驗規程。

而一旦電池體積減小，就不一定非得安裝在汽車底盤上或非貼近底盤不可—這不僅更安全，也會改變新能源汽車內部布局的設計思路。佐藤恒治也表示，全固態電池將給車企帶來更大的自由度，容易做出更具吸引力的設計，并為車廂的空間布局做出有利的設定。

豐田現有純電車型bZ4X

日產Max-Out EV敞篷概念跑車計劃采用固態電池技術

30多年過去了，液態鋰電池研發制造已經接近天花板。

轉型者聯盟

如果把目光放得更長遠一些，固態電池或許還能推動飛行汽車行業發展。為了更長的續航，飛行汽車不得不安裝更大更重的電池，而更大更重的電池本身就影響著續航距離。提升電池能量密度，是解決這一困境的重要思路，這正是固態電池最大的優勢所在。

而其他諸如充電慢、充放電不穩定等目前困擾飛行汽車的問題，也將隨著固態電池的大規模商用，得到不同程度的解決。

正是因為固態電池如此強勢，豐田夸下了海口，據《日本經濟新聞》報道，豐田計劃到2026年，將純電動汽車的全球銷量提高到150萬輛，到2030年增至350萬輛。

固態電池一度被認為是豐田“逆風翻盤”的重要支撐，日本媒體一度曾用“車載全固態電池將是日德‘決戰”的說法，來形容固態電池的重要性。按照豐田的估算，配備全固態電池的汽車可實現充電10分鐘續航1200公里，這與豐田現有車型bZ4X充電30分鐘理論續航600公里相比，有了質的提升。

豐田與出光的合作，是兩個迫切需要轉型企業間的聯手。如今86歲的豐田顯得多少有些老態龍鐘，一度問鼎世界第一車企寶座的老牌企業，在新能源汽車時代下，豐田似乎只留下了一個蹣跚和落寞的背影。

而出光則是一家石油化工為主的企業。其社長木藤俊一稱，公司從1970年代的石油危機起，出于對石油枯竭的擔心，該司就在著手研究替代能源和材料，許多成果已經成功商用。

目前，以硫化物作為固態電解質，是固態電池的研究方向之一，而硫化物本身是石油行業的一種副產品，這也是雙方此次牽手的重要原因。

據了解，兩家公司為此次合作，組建了涵蓋技術、采購、物流、生產技術等多部門的特別工作組，將以高容量、高輸出功率且容易實現的“硫化物系”固態電解質為對象。

豐田方面表示，固態電解質的材料成分專利為豐田所有，而出光制造的材料，具有耐水性強、離子傳導性好、柔軟性好三個特征，兩家公司的材料研發技術、出光的材料制造技術、豐田的電池量產技術將結合起來，實現全流程覆蓋。

公開數據顯示，兩家公司在全固態電池和其材料硫化物固態電解質方面的專利數量均居世界頂級水平，截至今年6月，擁有“硫化物”和“固態電解質”相關專利共約200個，出光在硫化鋰的相關專利數更是日本全國第一。

當然，橫亙在固態電池前的另一大問題，是如何控制成本。據日本科學技術振興機構估算，全固態電池（硫化物類）的制造成本為每千瓦時6萬-35萬日元（約合人民幣2900-17000萬元），比現有鋰離子電池高4-25倍。

“狼來了”？

固態電池被認為是豐田那張打出就能逆襲的底牌，但與商戰故事里，傳統意義上直到最后一刻才亮出的底牌不同，豐田這張底牌更像是一張人盡皆知的“明牌”—被外界認為在電動化轉型步伐相對緩慢的豐田，不斷宣布將向當前電池領域的最優技術發起沖擊，個中的反差，不禁讓人備感玩味。

每隔一段時間，豐田就要把固態電池的最新進展推到臺前，就像“狼來了”的故事一樣。但不同的是，豐田或許不是故事里那個孩子，而更像是那頭不知何時會出現的“狼”，Q先生表示，豐田可能是真的厲害，但也可能是營銷，在2027年前，恐怕這個問題沒人能給出準確的答案。

上汽清陶固態電池

安全性和更高的能量密度，是固態電池最明顯的優勢。

持有類似觀點的，還有寧德時代首席科學家吳凱。他在今年7月的2023中國汽車論壇上曾表示，目前而言固態電池還有一些亟待解決的問題，即便放眼全球，整個行業沒有一家企業能在當下實現量產，但他同時承認，技術確實是在變革中，認為“至于2027年如何，目前很難預測”。

Q先生告訴《看世界》，與國內相比，日本是舉全國之力，在開發甚至“押寶”固態電池，因此在理論和專利數量上存在優勢，“豐田在固態電池相關的專利數量上和掌握的技術原理方面，確實領先其他企業一定的身位”。

而《日本經濟新聞》在2019年時也曾報道稱，日本為了確保汽車產業的優勢地位，政府與民營企業正在攜手致力于實用化。

但Q先生也表示，頭部企業間并不存在代際差距，目前已交付的半固態電池和已經走出實驗室的固態電池，與傳統的液態電池相比，也已經是很大的突破了。

上汽集團與國內固態電池初創企業清陶能源合作的固態電池，現已完成裝車試驗，其能量密度達368Wh/kg；衛藍新能源交付給蔚來的半固態電池，能量密度也突破了液態電池的理論天花板，達360Wh/kg；而被稱為“寧王”的寧德時代，其于今年4月發布了一款被分析師認為是“類半固態電池”的新品，其能量密度高達500Wh/kg。

國內目前研發與迭代速度很快，且國內新能源車持續熱銷，國內汽車可以依托快速上車量產的模式，實現短期內多次迭代，這也就意味著，退一步說，即便豐田真在2027年造出了固態電池，留給豐田獨享固態電池利好的時間，或許也已經不多了。

責任編輯吳陽煜 wyy@nfcmag.com