固態(tài)電池由于能量密度高、安全性能好等優(yōu)勢，一直被視為未來取代普通鋰離子電池的候選人之一。
近日，汽車公司菲斯克扔下一顆重磅炸彈：其最新申請的固態(tài)電池專利能將新能源汽車續(xù)航能力提高到804公里，幾乎是現(xiàn)有新能源汽車續(xù)航里程極限的兩倍。
不僅如此，該電池的充電時間縮短至1分鐘，和加油站類似。
考慮其逆天的參數(shù)，雖然離量產(chǎn)還有一段時間，在動力電池行業(yè)掀起革命已經(jīng)是大概率事件。
除了菲斯克，多家嗅覺敏銳的國內(nèi)外企業(yè)和機構(gòu)已經(jīng)著手研發(fā)固態(tài)電池。
對于在普通液態(tài)鋰電池上已經(jīng)建立優(yōu)勢的中國企業(yè)而言，既是艱巨的挑戰(zhàn)，也是難得的機遇。
但在具備千億市場空間的鋰電市場，笑到最后的一定是保持冷靜和謙遜的公司。
一
據(jù)美國Autoblog網(wǎng)站和《英國每日郵報》報道，電動汽車制造商菲斯克(Fisker Inc.)近日申請了一項固態(tài)電池專利，不僅可將電動汽車的續(xù)航能力提高到令人震驚的804公里，而且充電時間也縮減到短短1分鐘。
菲斯科宣稱，新電池將采用三維實體電極，提供相當于當前鋰離子電池2.5倍的能量密度。
在成本方面，由于材料和制造方面的進步，它的成本僅為常規(guī)鋰離子電池2020年預計成本的1/3。
消息一出，立即驚詫了整個新能源汽車圈子。要知道，目前液態(tài)鋰電池的充電時間以小時計，配套的電動汽車續(xù)航里程很少能夠超過400公里。
例如，特斯拉的Model 3標配版續(xù)航354公里，頂配版續(xù)航499公里，在家里或公共的240伏充電器上充滿大約需要7-8個小時。
如果消息為真，這種固態(tài)電池帶給電動汽車行業(yè)的將是革命性的變化。
而對于現(xiàn)有的液態(tài)鋰電池生產(chǎn)巨頭而言，這是一個不太妙的消息。
目前傳統(tǒng)鋰電池正遵循有序可預測的路徑推進成本的下降和高端產(chǎn)能的擴張。這也意味著，無論材料或技術(shù)怎樣突破，對電池性能的提升有限，在原有的理論框架之內(nèi)。
固態(tài)電池這個半路殺出的程咬金就不一樣了。構(gòu)建自不同的理論體系，它將帶來許多不可預料的變化。如果其性能真的如菲斯克所言那么優(yōu)良，那么這些廠家就面臨兩難的抉擇：
1、繼續(xù)專注于液態(tài)鋰電池的研發(fā)。優(yōu)勢是成本下降、性能提升路徑清晰，劣勢是未來可能被固態(tài)電池彎道超車，遭遇毀滅性打擊；
2、分出更多精力進行固態(tài)電池的研究。但可能遭遇研發(fā)瓶頸。即使有突破，拋棄原有產(chǎn)業(yè)線、“壯士斷腕”也不容易做到。
不過，動力電池廠家目前也不用太過心急。
據(jù)規(guī)劃，菲斯克的這款固態(tài)電池預計在2023年實現(xiàn)批量生產(chǎn)。其商業(yè)化的路上還包括諸多“攔路虎”：電極電流密度低、使用的溫度范圍有限、可用的材料有限、成本偏高，以及制造工藝復雜等。
從現(xiàn)在開始到2023年內(nèi)的這五年里，很多事情都可能發(fā)生。因此，短期來看，液態(tài)鋰電池作為電動汽車最優(yōu)選擇的地位難以被撼動。新能源產(chǎn)業(yè)鏈上的相關(guān)公司有足夠的時間進行從容的布局。
然而，從長遠來看，固態(tài)電池取代液態(tài)鋰電池是大概率事件。關(guān)于此類討論早已有之。只不過這一次，菲斯克的突破讓人不得不懷疑，狼是否真的來了？
二
先來了解一下固態(tài)電池。其工作原理及組成單元（正極、負極、電解質(zhì)）和傳統(tǒng)鋰電池并無二致。和采用有機電解質(zhì)的液態(tài)鋰電池相比，它最大的不同在于采用聚合物、無機物等固體電解液。
液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，在充電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。
事實上，菲斯克此前之所以會破產(chǎn)并慢慢銷聲匿跡，在很大程度上就是因為其頻繁出現(xiàn)的電池起火事件以及其他故障。
而固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)，不存在漏液問題，同時克服了鋰枝晶現(xiàn)象，因而具有極高的安全性。
此外，固態(tài)電池的能量性質(zhì)優(yōu)良，其能量密度基本可達300-400Wh/kg，預估最大潛力值達900Wh/Kg。
對于動力鋰電池的能量密度，各國政府先后制訂了研發(fā)目標，例如日本政府的目標是2020 年達到250Wh/kg，2030年達到 500Wh/kg；美國2020年的目標是350Wh/kg。中國確定的技術(shù)目標是2020 年達到300Wh/kg，2025 年達到400Wh/kg，2030 年達到500Wh/kg。
目前液態(tài)鋰電池的能量密度存在天花板（大約為350 Wh/kg），為了達成目標，固態(tài)電池就成了極佳的突破口。
“如果能量密度進一步提高，大于500 Wh/kg的話，從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池，以及鋰空氣電池、鋰硫電池等新的電化學體系探索研究”，中國工程院院士陳立泉在談到電池的未來發(fā)展時表示。
此外，固態(tài)電池還具有循環(huán)性能強（45000次左右）及適用范圍廣等優(yōu)點。在不少人心目中，它是電動汽車最為理想的電池之一。
然而，固態(tài)電池也有缺點。
全固態(tài)電池主要面臨以下幾大技術(shù)難題：固態(tài)電解質(zhì)與正負極之間界面阻抗過高、固態(tài)電解質(zhì)電導率偏低、材料成本制備成本昂貴等。
因此，現(xiàn)在的固態(tài)電池離商業(yè)化還比較遠，如果要和普通鋰離子電池在傳統(tǒng)市場上競爭，并沒有太大的優(yōu)勢。
菲斯克也表示，其正在解決固態(tài)電池在商業(yè)化道路上遇到的其他障礙，比如低溫環(huán)境下電池的性能等。
對于這些難題，已經(jīng)不斷有企業(yè)和科研機構(gòu)提出相應的解決方案。
例如中科院青島生物能源與過程研究所針對固固界面阻抗過大的瓶頸問題，創(chuàng)造性地提出“原位自形成固態(tài)電解質(zhì)”的解決方案，有效降低界面阻抗和提升電池綜合性能。它已開發(fā)出6Ah大容量三元固態(tài)鋰電池，并成功用于深潛器。
業(yè)內(nèi)人士指出，一旦技術(shù)得到整合應用，固態(tài)電池將能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并通過規(guī)?；a(chǎn)大幅度降低生產(chǎn)成本。據(jù)Sakti3創(chuàng)始人Ann Marie Sastry表示，一旦規(guī)?；a(chǎn)，固態(tài)電池成本有望降低至100美元/kwh，僅為液態(tài)鋰電池的一半左右(液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/kwh)。
解決完商業(yè)化的難關(guān)，固態(tài)電池取代普通鋰電池只是時間問題。
三
由于固態(tài)電池代表鋰電池未來的一個進化方向，已有多家國內(nèi)外企業(yè)開始布局。
日韓：
1、 日立
日立公司研究人員宣布其固態(tài)電池技術(shù)已經(jīng)研發(fā)完成，新一代電池可以抵御外太空極端溫度，并且已經(jīng)將這種電池送到了航天部門和企業(yè)進行使用實踐，聲稱要在三年后的2020年量產(chǎn)上市。
事實上，日立在前沿科技上一直保持著領(lǐng)先地位，日立已經(jīng)開發(fā)出了一款續(xù)航約400公里的純電動汽車（EV）用鋰離子電池技術(shù)。
2、 豐田
豐田計劃于2020年用固態(tài)電池取代鋰電池。豐田高管表示，公司將于2020年全面實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化，并在未來幾年內(nèi)使用鋰空氣電池。
3、 三井
2016年 11月24日，三井金屬發(fā)布了下一代的鋰離子二次電池的“全固態(tài)電池”用的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。三井金屬將會與電池廠商和汽車廠商等合作，到2020年將實現(xiàn)量產(chǎn)化。
4、 三星
三星研究所利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出2000mAh、175Wh/kg的壓層型全固態(tài)二次電池。
歐美：
1、 博世
德國汽車零部件巨頭博世(BOSCH)，2015年收購美國電池公司“Seeo”。據(jù)悉，該公司已經(jīng)研發(fā)出能夠提升電動汽車2倍續(xù)航能力的新一代固態(tài)鋰電子電池。
2、 大眾
大眾CEO穆倫表示，他們已經(jīng)在計劃下一代電動車中嵌入里程超過1000公里的固態(tài)電池，并將在2025年量產(chǎn)。
3、 Sakti3
2015年獲得英國富豪詹姆斯-戴森(JamesDyson)1500萬美元的投資，其開發(fā)的固態(tài)電池以陶瓷為電解質(zhì)，金屬鋰或鋰類合金為負極，能量密度達1000wh/L，目前仍處于研發(fā)階段。
4、 Bolloré
其子公司法國BatScap產(chǎn)業(yè)化的全固態(tài)二次電池（LMP），目前已批量應用在法國的EV共享服務(wù)汽車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus”，總應用超過3000輛。
中國：
1、 寧德時代
CATL在硫化物固態(tài)電池方面比較成熟，目前正加速開發(fā)EV用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)的步伐，并在規(guī)模化生產(chǎn)上提出了初步的工藝路線。
2、 珈偉股份
11月17日珈偉股份表示“目前鋰電池工廠已進入設(shè)備的安裝調(diào)試階段，預計12月中下旬將正式投產(chǎn)，即將量產(chǎn)的電池主要為快充的類固態(tài)電池。”
3、 國軒高科
國軒高科9月29日在深交所互動易平臺上稱公司已在日本研究院開展固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)，將盡快推進相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)進度。
此外，媒體報道過的有意在固態(tài)電池上進行布局的國內(nèi)企業(yè)還有堅瑞沃能、當升科技、贛鋒鋰業(yè)等。
雖然國內(nèi)動力電池企業(yè)在新技術(shù)上保持了敏銳的嗅覺，但此次菲斯克的突破也給諸多企業(yè)敲響了警鐘。
2017年前三季度，全球動力電池出貨量排名前十的企業(yè)中中國企業(yè)占據(jù)六席，優(yōu)勢非常明顯。但應當看到的是，作為高科技行業(yè)，技術(shù)的重大突破很容易引發(fā)整個行業(yè)的洗牌。
日本企業(yè)的他山之石非常典型。很多業(yè)內(nèi)人士認為，日本由于發(fā)展路線原因，純電動汽車技術(shù)已經(jīng)落在了后頭。
但從豐田2022年量產(chǎn)固態(tài)電池、GS Yuasa2020年續(xù)航翻倍上就可以看出來，未來的新能源市場，在固態(tài)電池上發(fā)力的日本依舊可能是巨頭，和中國企業(yè)形成競爭。
由此可見，新能源汽車的發(fā)展不會一帆風順。歷史上很多例子說明了，一個看似穩(wěn)固的行業(yè)離顛覆只差三天。居安思危才是各動力電池廠家應持的態(tài)度。
