固態(tài)電池的荊棘之路

文 / 黃耀鵬

如果要評選電動汽車技術(shù)的“跳票王”，固態(tài)電池是有力的競爭者，可能和高等級自動駕駛在伯仲之間，而后者并不天然鎖定于電動車。兩者的共同點，都是打破了無數(shù)商業(yè)化前景的預言。

上海車展上，固態(tài)電池變得低調(diào)了很多，沒有一款車實際搭載，開的都是2025年兌現(xiàn)的“支票”。而且言辭上也保守了很多，什么試產(chǎn)、預量產(chǎn)、小規(guī)模搭載等等，也有一些主機廠將承諾期限延長到2028年甚至2030年。

而互聯(lián)網(wǎng)是有記憶的。2020年的時候，許諾2023年投產(chǎn)的有好幾家。現(xiàn)在不過是將承諾期往后挪了幾年，輿論也已經(jīng)“脫敏”，對此關(guān)注的不多，似乎沒把新承諾當回事。

樂觀基調(diào)消失

在這里，我們還是要提到韓國，因為韓國是唯一由政府出面、組織固態(tài)電池在內(nèi)的一攬子“先進電池技術(shù)”攻關(guān)項目的國家。

干活的是電池企業(yè)，但牽頭投資的是政府。4月20日韓國宣布，將由政府和企業(yè)共同出資20萬億韓元（約合1050億元人民幣）。這就打破了政府作為監(jiān)管和政策制定的角色設定，目標則是“維持韓國在動力電池領(lǐng)域的絕對實力”。

不清楚“絕對實力”，指的是現(xiàn)在電動車正在使用的鋰離子電池，還是固態(tài)電池。前者已經(jīng)沒有比的必要，后者則明顯是豐田占優(yōu)。

自從2008年開始牽頭研發(fā)固態(tài)電池以來，豐田簽署的合作伙伴有七八家，截至2022年專利累積到1300多項，相當于排名2-5名（松下、出光興產(chǎn)、三星、村田）之和。事實上，專利個數(shù)排名前10的，全是日韓企業(yè)。

但豐田2021年就已經(jīng)改變了“2025年量產(chǎn)”的口風，豐田某高管當時表示，在全固態(tài)電池方面“進展不樂觀”。對了，這句話是在“2030年電池戰(zhàn)略會”上講的。對2030年這個年份，不必太在意，它只是表明豐田在巨額投入之后，已經(jīng)將全固態(tài)電池視作技術(shù)儲備，判定暫時很難兌現(xiàn)商業(yè)價值。

這一判斷和寧德時代相差不多，董事長曾毓群表示：“固態(tài)電池有很多科學及技術(shù)的基礎問題尚未解決，我們公司深耕十多年，仍然認為難以形成有技術(shù)可行性和市場競爭力的產(chǎn)品?！?/p>

電動汽車供應鏈的規(guī)律，是同代產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模，決定商業(yè)競爭力。固態(tài)電池即便上車，甚至主流化，也很難顛覆現(xiàn)有格局。

專利不等于商業(yè)前景

固態(tài)電池技術(shù)，理論上比液態(tài)鋰電池安全性更好（沒有易燃的電解液），更長的續(xù)航能力（能量密度更高）、低溫不怕電量跳水（還是因為電解液）、循環(huán)次數(shù)更多（其實磷酸鐵鋰的循環(huán)次數(shù)已經(jīng)很可觀了）。

全球主機廠、電池供應商、各類研究機構(gòu)和大學，努力投入了十來年，論文發(fā)了無數(shù)，技術(shù)路線卻只篩出三條，即介質(zhì)方案分別為：聚合物、氧化物和硫化物。

其中，日韓選擇了硫化物固態(tài)電解質(zhì)路線，歐美普遍選用氧化物固態(tài)電解質(zhì)+鋰金屬負極，而中企則同時在三條路線上布局，并對半固態(tài)（還分為固液混合和凝聚態(tài)）保持了投入力度。

日韓企業(yè)仍是老套路，在固態(tài)技術(shù)尚處在實驗室階段，就開始密集申請專利。而這種思維的實質(zhì)，就是公開方案（不包括細節(jié)）換取IP保護。

假設技術(shù)走通了，自己不具備足夠市場體量，到頭來仍依賴大國推廣技術(shù)，而專利墻設置得太完美（即“小院高墻”），那么后者哪怕落后了，也選擇直接規(guī)避。

若不考慮技術(shù)是否能走通，所有實驗室方案統(tǒng)統(tǒng)申請專利，那么就相當于告訴后來者，自己都踩過哪些坑，相當于替對手趟雷。

氫能技術(shù)就屬于前一種狀態(tài)，而固態(tài)電池似乎正在落入后一種狀態(tài)，兩種其實都不太妙。

電動車行業(yè)一直在告訴每一個從業(yè)者，必須將技術(shù)與規(guī)模、技術(shù)與商業(yè)價值結(jié)合起來。如果只想著自己全吃，到頭來發(fā)現(xiàn)自己沒有行業(yè)領(lǐng)軍能力，那就不只是尷尬的問題了。

美國投資者看空固態(tài)前景

大眾汽車和比爾·蓋茨個人聯(lián)合投資的初創(chuàng)公司QS（QuantumScape），則是歐美技術(shù)路線的代表。

QS在2020年上市，上市前已經(jīng)驗證了單層電池在常溫加壓下，1C速率循環(huán)充放1000次，還能保持初始電量的90%。當時開的“支票”，也是2025年投產(chǎn)（與大眾汽車合資）。當時QS股價高達132美元。

這兩年，業(yè)內(nèi)普遍認識到，固態(tài)電池的高安全性是靠不住的，因為它更容易產(chǎn)生“鋰枝晶”（負極金屬析出），導致內(nèi)短路，照樣能釋放大量熱量，進而導致起火。就連QS公司的萬圣節(jié)活動上，好幾年都有人扮成“鋰枝晶”怪物。

大家還發(fā)現(xiàn)，其高能量密度的認知也是錯誤的。真正起作用的是硅負極或者鋰金屬負極。相反，因為固態(tài)電解質(zhì)電導率太低（影響放電倍率和低溫性能），QS不得不摻入氧化物和凝膠電解質(zhì)，這其實就是半固態(tài)。

這就是為什么半固態(tài)能夠小規(guī)模部署的原因，因為半固態(tài)修正了固態(tài)幾個根深蒂固的毛病。

QS在去年底交付了一小批原型電池給主機廠客戶（都沒宣布客戶是誰，我們猜是大眾汽車）。創(chuàng)始人、董事長賈格迪普·辛格（一看名字就知道是印度裔）承認，這批產(chǎn)品的可靠性方面“仍有很大提升空間”。

與此同時，QS股價也跌到7美元，公司開始裁員。二級市場的投資者似乎對固態(tài)電池和該公司的前景喪失了大部分信心。

美國電動車生產(chǎn)商菲斯克，已經(jīng)宣布放棄固態(tài)電池研發(fā)計劃，而2018年的時候，該公司是對該技術(shù)最積極的公司之一。該公司創(chuàng)始人表示：“固態(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當你覺得你已經(jīng)完成了90%，幾乎達到目標時，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多?！?/p>

看上去像是在說可控核聚變。馬斯克則一直嘲笑固態(tài)電池近乎于搞“永動機”。從創(chuàng)始人技術(shù)認知層面的差異，看菲斯克一直被特斯拉壓得抬不起頭，是有合理性的。

從實驗室到量產(chǎn)：荊棘之路

其實說“行百里半九十”，仍然低估了固態(tài)電池商業(yè)化的難度。因為即使實驗室條件下走通了，成功申請了專利，距離量產(chǎn)還有相當距離。

實驗室條件下的電池容量都太?。ù蠖嗍菃螌与姵兀挥袔装賯€mAh），實際上單體沒有幾個Ah，幾乎沒有上車資格。

實驗室數(shù)據(jù)會誤導人。他們往往只算材料級能量密度，而刻意忽略整體重量。這就是為什么實驗室能量密度數(shù)據(jù)很漂亮，但不敢拿到生產(chǎn)線上去。而且，實驗室將固態(tài)電解質(zhì)層涂得太厚，這都是被動質(zhì)量（不直接產(chǎn)生能量），也不考慮封裝，鋰過量也不考慮。

實驗室喜歡做“小電池”還有一個原因：內(nèi)阻小。如果同樣的設計做成大電池，內(nèi)阻就相應變大，電池自發(fā)熱就變得更嚴重，這樣就加劇了鋰枝晶問題。

循環(huán)次數(shù)也是如此，都是基于小電池的設計。真實器件的循環(huán)能力，往往和實驗室條件下大相徑庭；也不用動輒宣稱1萬次循環(huán)，大電池能做到3000次就已經(jīng)很難了。

這就是為什么電池創(chuàng)業(yè)公司，很少有能走到量產(chǎn)這一步的原因。

而量產(chǎn)本身，更是一條布滿荊棘的道路。固態(tài)電池有千般好，對材料的加工精度要求太高了。比如QS下大力氣研發(fā)的基于無機氧化物電解質(zhì)的固態(tài)電池，氧化物需要800℃燒結(jié)成型。在這個溫度下，大尺寸、超薄陶瓷制備，還要求表面目視無缺陷。這種苛刻要求，讓良品率非常低，也大幅抬高了成本。

寧德時代估計同電量的固態(tài)電池，制造成本將是現(xiàn)在電池的4倍，也有日企的報告樂觀估計說是兩倍。既然大家都尚未做到量產(chǎn)這一步，成本都是估出來的，具體高多少很難說。

眼下倒是有個“觀察窗”，今年就有品牌宣稱，將提供150度電的半固態(tài)電池選裝。只要看看這塊電池加多少錢，就可以窺見其成本模樣了（半固態(tài)對固態(tài)電解質(zhì)尺寸精度的要求已經(jīng)降低了很多）。

現(xiàn)在的局面，電池初創(chuàng)公司和日韓主機廠都已經(jīng)降低了宣傳調(diào)門。而現(xiàn)在的一線電池供應商，則更保守一些，他們甚至沒有給出量產(chǎn)節(jié)點。

保守主義者的勝利

當前，液態(tài)電池也在進步，盡管三元在高鎳路線上遇到了天花板（811之后的9∶0.5∶0.5，似乎支持者很少），但磷酸鐵鋰的能量密度似乎還有上升空間。

不過，液態(tài)電池即便能解決能量密度的問題，其安全性也因為固有的電化學性質(zhì)而無法根本解決。固態(tài)電池的發(fā)展機會，不在于能量密度，而在于安全性。如果這一點比不過液態(tài)電池，就沒希望出頭。

而當前發(fā)展迅速的高壓快充，正在降低能量密度的重要性，即在不斷強化當前技術(shù)路線的合理性。從這個角度看，給固態(tài)電池發(fā)展留有的空間，其實是存疑的。

其實只要是主流電池企業(yè)，一定會跟進固態(tài)電池研發(fā)。他們比任何潛在對手都更想知道新路線的可行性。

原因很簡單，現(xiàn)在一線供應商的生產(chǎn)線投資，至少都有幾百億人民幣的量級，而未來產(chǎn)能規(guī)劃一個比一個大。但固態(tài)電池，在很大程度上要重建生產(chǎn)線，即產(chǎn)能基本上沒有繼承性。如果固態(tài)電池這條路被判定有潛在商業(yè)價值，電池供應商馬上就會收縮現(xiàn)有投資。

他們當然不愿意在付出巨大沉沒成本、但還沒收回投資的時候，就被迫另起爐灶。但如果喪失了對未來技術(shù)趨勢的洞察，結(jié)局可能是災難性的，這與意愿無關(guān)。

說簡單點，就算電池供應商暫時不愿意轉(zhuǎn)移投資，他們也必須盡可能提早知道，對手有沒有可能搞出量產(chǎn)固態(tài)電池。

有人形容這種詭異的局面，是動力電池行業(yè)的“黑暗森林”?！镀嚾恕放袛?，沒那么嚴重。因為技術(shù)細節(jié)上雖然都有自己的小秘密，但判斷商業(yè)可行性只需要不多的研發(fā)投資。這就是為什么，寧德時代等一線供應商，固態(tài)電池研究了十幾年，看不到上車前景，但仍很淡定的原因。他們知道路沒走錯就足夠了。

至于他們的結(jié)論，即固態(tài)電池在2025年之前，是技術(shù)問題，在2025-2030年是生產(chǎn)成本問題，和量產(chǎn)時間承諾一樣，都不重要，因為眼下沒人說得準。

同理，在液態(tài)鋰電池（目前就是三元和磷酸鐵鋰）布局失意的主機廠，更愿意看到固態(tài)電池顛覆當前的格局。

這幾年電動車發(fā)展告訴我們，要從“勢”的角度看行業(yè)潮流，不局限于任何一個單一的技術(shù)。行業(yè)向新能源發(fā)展的勢頭，不是潮流中某一朵“浪花”能夠決定的。任何單一的技術(shù)，對大局而言，都沒有那么重要。

押注某一項技術(shù)，將其作為大殺四方的神兵利器，本身就犯了幼稚病。固態(tài)電池因為受到矚目，大家都在盯著進展，指望憋出一個秘密大招，只會浪費當前成熟技術(shù)路線下的商業(yè)機會。這個道理，也可套用到眾多潛在電池技術(shù)身上。

電動汽車供應鏈的規(guī)律，是同代產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模，決定商業(yè)競爭力。如此看來，固態(tài)電池即便上車，甚至主流化，也很難顛覆現(xiàn)有格局。