固態電池能打敗寧德時代嗎[朗讀]

「充電五分鐘，通話兩小時」，這廣告語的中毒性堪比「腦白金」。而如今，這個廣告語也有了汽車界的版本——「充電一分鐘，續航800公里」。
在2018年初，國外媒體紛紛發布了一條消息，電動汽車品牌fisker申請了一個固態鋰電池專利，最高續航800公里，充電只要1分鐘。
隨著國家對新能源汽車和電池的退補，如今鋰電池的售價不斷下降，電池企業毛利率不斷下滑；同時，目前多數企業主要研發的鋰電池始終不能得到本質的提高，消除電動汽車的「里程憂慮」。
因此，能量密度是三元鋰電池三倍之上的全固態電池應運而生，能打敗寧德時代只有它了。
從2017年開始，發展固態電池的公司如雨後春筍般湧現，而全固態電池也成為了各企業的研究熱點。
最近，德國大眾集團確認已出資1億美金給到quantumscape，共同研發固態電池。「我們將聯合大眾作為汽車生產專家的力量，和quantumscape作為固態電池技術領導者的經驗，從而加速quantumscape固態電池產品的商業化。」大眾集團研究部主管axelheinrich表示。
在目前各種新型電池體系中，固態電池採用全新固態電解質取代當前有機電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系(如鋰硫體系、金屬-空氣體系等)具有廣泛適配性，可進一步提升質量能量密度，從而有望成為下一代動力電池的終極解決方案，引起日本、美國、德國等眾多研究機構、初創公司和部分車企的廣泛關注。
什麼是全固態電池？
顧名思義，就是電池所有組成的材料都是以固態形式存在的，沒有液體，沒有液體。需要注意的是，因為鋰離子電池作為我們日常最為常見的電池，通常我們都默認把全固態鋰離子電池是全固態電池的代表，所以筆者本文所說的全固態電池是默認為全固態鋰離子電池。
根據國內固態電池研究較為領先的物理所李宏教授和贛鋒鋰業許曉雄研究員預測，全固態電池將經歷三個階段：半固態(2018年)、准固態(2020年)和全固態(2022年)。
目前基本上實現了半固態技術，即採用固體電解質作為負極金屬鋰的保護層同時輔助以液態電解液。但是全固態電池目前還是在實驗室實驗階段，還不能商用化。
在文章開頭也有談及過，相比於傳統的鋰離子電池，全固態電池具有許多優勢。
1.體積小。
電池的體積能量密度是一個非常重要的參考數據，若按應用領域來說，要求從高到低是消費電子產品>家用電動汽車>電動公交車。
傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量.而如果把它們用固態電解質取代(主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系)，正負極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低。
這就意味著使用全固態電池後，汽車不用再載著跟自身重量一樣重的電池奔跑在公路上。
2.高安全性。
對於電動汽車來說，電池的安全性是極為重要的。新能源汽車自燃事故一直沒有消停過，即使是全球新能源汽車最高端的特斯拉也不能倖免。
傳統鋰電子電池因為所採用的有機液體電解液，在發生過長時間充電、內部短路等異常情況下，電池會極容易發熱，導致電解液氣脹、自燃甚至會爆炸。而很多無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，聚合物固體電解質相比於含有可燃溶劑的液態電解液，電池安全性大幅提高。
3.高能量密度。
固態電解質一般擁有較寬的電化學窗口，就像一個個小框一樣，因此可以裝更多的高電壓正極材料。加上固態電池體積小、穩定，可以讓電池管理更為簡化，能量密度自然會大大提高。
目前，全固態電池的能量密度約400wh/kg，預估最大潛力值達900wh/kg，有超過100%的提升空間。
能量密度高，意味著電池的續航能力增強。目前困擾著電動汽車前進的因素之一就是目前的電池續航能力不能有所突破。而若實現全固態電池，就能消除「里程焦慮」，就算是文章開頭所說的充電一分鐘，續航800公里也不是不可能的。
全固態電池並不能「一步登天」
儘管全固態電池優勢多多，但是要走出實驗室，並沒有那麼容易。
首先是全固態電池介面阻抗過大。固態電解質與電極材料之間的介面是固-固狀態，因此電極與電解質之間的有效接觸較弱，離子在固體物質中傳輸動力學低。
其次是是充電問題。對於電動汽車的車主來說，並不想浪費更多的時間在充電上。但是，若使用全固態電池，要快充就比較難了。
電池的阻抗、電導率等問題表現出來就是內阻大，就會阻礙充電，而且因為內阻大，在充電過程中會造成能量的損失，這部分能量的浪費是無法忽視的問題。另外，全固態電池的材料在充放電的過程中體積會發生膨脹或收縮，導致介面容易分離。
繼而是最重要的成本問題。成本是阻止商業化的最大因素。
目前的全固態鋰電池的電解質主要有有機和無機兩大體系，成本總體偏高，尤其是無機體系的電池很多採用cvd/pvd等複雜的工藝製備，生產(沉積薄膜)速度慢，成本昂貴，單體電池容量很小，往往只適合做小型電子器件用的電池，更別說應用於汽車上。
另外，固態電池製備工藝不夠成熟，電池使用數據收集不全面。僅是在全固態電池的電解質製造，固-固介面優化這兩個核心問題技術上的不成熟就足夠讓固態電池的成本居高不下了。
另外，全固態電池還未到大規模商用化的時候。
今年資本市場上出現的固態電池熱，業內人士帶有驚異的同時，大多數人士表示固態電池商業化為時過早。
中科院物理所研究員李泓坦露，固態電池要想商業化，必須要有足夠的技術儲備和研發團隊，因為一種鋰電池技術一般至少需要15年的研發時間。
從事鋰電領域投資的勁邦資本合伙人王榮進向《每日經濟新聞》表示，他接觸過的研發人員大多對固態電池表示悲觀，認為其短期內難以實現商業化。
就算早在2010年，豐田便推出過使用固態電池、續航力可達1000公里的電動車，但是豐田的相關工作人員也承認，目前豐田的全固態電池還在實驗室階段。
李泓將目前固態電池商業化形容為「所謂的全固態只看到概念，卻不知道性能；只聽說安全，但沒有安全性測試報告」。他稱，從公開數據來看，固態電池還沒有系統的數據公布，燃料電池就有電堆的大小、功率和壽命等系統數據。如果這些數據公開了，說明這個技術成熟了。
的確，到目前來看，許多車企都有表示在這方面有所動作，但並沒有一家是真正給出數據的。
國內外巨頭紛紛布局
儘管對於全固態電池來說，要在汽車上實行大規模的商業化還不是現在的話題，但是許多車企、電池供應商等等都在這方面下足了功夫。豐田、松下、三星、三菱以及國內的寧德時代等電池行業領軍企業都已經積極布局固態電池的儲備研發。
相對而言，技術成熟度較高、技術沉澱較深的當屬法國的bolloré、美國sakti3和日本豐田。這三家也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態電解質的典型技術開發方向。
在歐洲比較出名的bolloré，採用的是聚合物電解質體系，三星採用的則是硫化物電解質體系。德國汽車零部件巨頭博世(bosch)，2015年收購美國電池公司「seeo」。博世和seeo然後與日本著名的gsyuasa(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池。
而在車用電池領域，日本企業一直走在前列。早在2013年就已經占到全球70%的市場份額，但是到2016年這一數字已降至41%。目前，日本政府希望通過加大全固態電池研發力度以重新占據市場主導地位。
2017年5月，日本經濟省宣布出資16億日元，聯合豐田、本田、日產、松下、gs湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內頂級產業鏈力量，共同研發固態電池，希望2030年實現800公里續航目標。
豐田之前也宣布與松下合作研發固態電池；寶馬宣布與solidpower公司合作研發固態鋰電池；博世與日本著名的gsyuasa(湯淺)電池公司及三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池；國內的話，在這方面並沒有被國外大幅度所拋開。
在正式開展固態電池的研發之前，寧德時代對全球固態電池企業進行了調研，並在此之後確定了自身的發展方向。2016年10月，寧德時代新能源柳娜博士介紹了寧德時代在聚合物固態鋰金屬電池、硫化物固態電池領域的布局和研發路徑。
而且寧德時代在研發過程中，也在關注固態電池的製造問題，固態電池整個製造工藝跟傳統的鋰離子的製造工藝不同，需要新的設備，新的工藝，所以寧德時代也同時進行工藝的研發。
此外，在2017年對外表示已著手研發固態電池及固態電解質的國軒高科，之前就透露，根據與國際一線整車品牌合作的產品要求，公司正在美國和日本分別開發下一代動力電池生產技術工藝與生產設備，相關產品將使用半固態電池技術。對於包括固態電解質在內的上游關鍵原材料的研發與產業化進度公司方面也將密切關注。
2018年3月，國軒高科在在投資者互動平台表示公司半固態電池技術目前已處於實驗室向中試轉換階段。
隨著全球電動汽車的快速發展，全固態電池能迅速提升汽車的續航能力，這無疑是電池未來發展的一個必然方向。在「雙積分政策」和補貼退坡的的雙重影響下，意味著，電池產業的競爭將更加激烈，倒逼著這些企業把主要精力放在研究下一代電池技術上，固態電池或成較佳選擇。
另外，固態電池投融資熱，客觀上促進了固態電池方向的研發，刺激了這個行業和領域，推動行業對固態電池的重視。
但是具體到固態電解質的電導率、電池倍率、電池製備效率、成本控制方面，全固態電池仍然困難重重。

「充電五分鐘，通話兩小時」，這廣告語的中毒性堪比「腦白金」。而如今，這個廣告語也有了汽車界的版本——「充電一分鐘，續航800公里」。
在2018年初，國外媒體紛紛發布了一條消息，電動汽車品牌fisker申請了一個固態鋰電池專利，最高續航800公里，充電只要1分鐘。
隨著國家對新能源汽車和電池的退補，如今鋰電池的售價不斷下降，電池企業毛利率不斷下滑;同時，目前多數企業主要研發的鋰電池始終不能得到本質的提高，消除電動汽車的「里程憂慮」。
因此，能量密度是三元鋰電池三倍之上的全固態電池應運而生，能打敗寧德時代只有它了。
從2017年開始，發展固態電池的公司如雨後春筍般湧現，而全固態電池也成為了各企業的研究熱點。
最近，德國大眾集團確認已出資1億美金給到quantumscape，共同研發固態電池。「我們將聯合大眾作為汽車生產專家的力量，和quantumscape作為固態電池技術領導者的經驗，從而加速quantumscape固態電池產品的商業化。」大眾集團研究部主管axelheinrich表示。
在目前各種新型電池體系中，固態電池採用全新固態電解質取代當前有機電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系(如鋰硫體系、金屬-空氣體系等)具有廣泛適配性，可進一步提升質量能量密度，從而有望成為下一代動力電池的終極解決方案，引起日本、美國、德國等眾多研究機構、初創公司和部分車企的廣泛關注。
什麼是全固態電池？
顧名思義，就是電池所有組成的材料都是以固態形式存在的，沒有液體，沒有液體。需要注意的是，因為鋰離子電池作為我們日常最為常見的電池，通常我們都默認把全固態鋰離子電池是全固態電池的代表，所以筆者本文所說的全固態電池是默認為全固態鋰離子電池。
根據國內固態電池研究較為領先的物理所李宏教授和贛鋒鋰業許曉雄研究員預測，全固態電池將經歷三個階段：半固態(2018年)、准固態(2020年)和全固態(2022年)。
目前基本上實現了半固態技術，即採用固體電解質作為負極金屬鋰的保護層同時輔助以液態電解液。但是全固態電池目前還是在實驗室實驗階段，還不能商用化。
在文章開頭也有談及過，相比於傳統的鋰離子電池，全固態電池具有許多優勢。
1.體積小。
電池的體積能量密度是一個非常重要的參考數據，若按應用領域來說，要求從高到低是消費電子產品>家用電動汽車>電動公交車。
傳統鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量.而如果把它們用固態電解質取代(主要有有機和無機陶瓷材料兩個體系)，正負極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低。
這就意味著使用全固態電池後，汽車不用再載著跟自身重量一樣重的電池奔跑在公路上。
2.高安全性。
對於電動汽車來說，電池的安全性是極為重要的。新能源汽車自燃事故一直沒有消停過，即使是全球新能源汽車最高端的特斯拉也不能倖免。
傳統鋰電子電池因為所採用的有機液體電解液，在發生過長時間充電、內部短路等異常情況下，電池會極容易發熱，導致電解液氣脹、自燃甚至會爆炸。而很多無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，聚合物固體電解質相比於含有可燃溶劑的液態電解液，電池安全性大幅提高。
3.高能量密度。
固態電解質一般擁有較寬的電化學窗口，就像一個個小框一樣，因此可以裝更多的高電壓正極材料。加上固態電池體積小、穩定，可以讓電池管理更為簡化，能量密度自然會大大提高。
目前，全固態電池的能量密度約400wh/kg,預估最大潛力值達900wh/kg,有超過100%的提升空間。
能量密度高，意味著電池的續航能力增強。目前困擾著電動汽車前進的因素之一就是目前的電池續航能力不能有所突破。而若實現全固態電池，就能消除「里程焦慮」，就算是文章開頭所說的充電一分鐘，續航800公里也不是不可能的。
全固態電池並不能「一步登天」。
儘管全固態電池優勢多多，但是要走出實驗室，並沒有那麼容易。
首先是全固態電池介面阻抗過大。固態電解質與電極材料之間的介面是固-固狀態，因此電極與電解質之間的有效接觸較弱，離子在固體物質中傳輸動力學低。
其次是是充電問題。對於電動汽車的車主來說，並不想浪費更多的時間在充電上。但是，若使用全固態電池，要快充就比較難了。
電池的阻抗、電導率等問題表現出來就是內阻大，就會阻礙充電，而且因為內阻大，在充電過程中會造成能量的損失，這部分能量的浪費是無法忽視的問題。另外，全固態電池的材料在充放電的過程中體積會發生膨脹或收縮，導致介面容易分離。
繼而是最重要的成本問題。成本是阻止商業化的最大因素。
目前的全固態鋰電池的電解質主要有有機和無機兩大體系，成本總體偏高，尤其是無機體系的電池很多採用cvd/pvd等複雜的工藝製備，生產(沉積薄膜)速度慢，成本昂貴，單體電池容量很小，往往只適合做小型電子器件用的電池，更別說應用於汽車上。
另外，固態電池製備工藝不夠成熟，電池使用數據收集不全面。僅是在全固態電池的電解質製造，固-固介面優化這兩個核心問題技術上的不成熟就足夠讓固態電池的成本居高不下了。
另外，全固態電池還未到大規模商用化的時候。
今年資本市場上出現的固態電池熱，業內人士帶有驚異的同時，大多數人士表示固態電池商業化為時過早。
中科院物理所研究員李泓坦露，固態電池要想商業化，必須要有足夠的技術儲備和研發團隊，因為一種鋰電池技術一般至少需要15年的研發時間。
從事鋰電領域投資的勁邦資本合伙人王榮進向《每日經濟新聞》表示，他接觸過的研發人員大多對固態電池表示悲觀，認為其短期內難以實現商業化。
就算早在2010年，豐田便推出過使用固態電池、續航力可達1000公里的電動車，但是豐田的相關工作人員也承認，目前豐田的全固態電池還在實驗室階段。
李泓將目前固態電池商業化形容為「所謂的全固態只看到概念，卻不知道性能;只聽說安全，但沒有安全性測試報告」。他稱，從公開數據來看，固態電池還沒有系統的數據公布，燃料電池就有電堆的大小、功率和壽命等系統數據。如果這些數據公開了，說明這個技術成熟了。
的確，到目前來看，許多車企都有表示在這方面有所動作，但並沒有一家是真正給出數據的。
國內外巨頭紛紛布局。
儘管對於全固態電池來說，要在汽車上實行大規模的商業化還不是現在的話題，但是許多車企、電池供應商等等都在這方面下足了功夫。豐田、松下、三星、三菱以及國內的寧德時代等電池行業領軍企業都已經積極布局固態電池的儲備研發。
相對而言，技術成熟度較高、技術沉澱較深的當屬法國的bolloré、美國sakti3和日本豐田。這三家也分別代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固態電解質的典型技術開發方向。
在歐洲比較出名的bolloré，採用的是聚合物電解質體系，三星採用的則是硫化物電解質體系。德國汽車零部件巨頭博世(bosch)，2015年收購美國電池公司「seeo」。博世和seeo然後與日本著名的gsyuasa(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池。
而在車用電池領域，日本企業一直走在前列。早在2013年就已經占到全球70%的市場份額，但是到2016年這一數字已降至41%。目前，日本政府希望通過加大全固態電池研發力度以重新占據市場主導地位。
2017年5月，日本經濟省宣布出資16億日元，聯合豐田、本田、日產、松下、gs湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等國內頂級產業鏈力量，共同研發固態電池，希望2030年實現800公里續航目標。
豐田之前也宣布與松下合作研發固態電池;寶馬宣布與solidpower公司合作研發固態鋰電池;博世與日本著名的gsyuasa(湯淺)電池公司及三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池;國內的話，在這方面並沒有被國外大幅度所拋開。
在正式開展固態電池的研發之前，寧德時代對全球固態電池企業進行了調研，並在此之後確定了自身的發展方向。2016年10月，寧德時代新能源柳娜博士介紹了寧德時代在聚合物固態鋰金屬電池、硫化物固態電池領域的布局和研發路徑。
而且寧德時代在研發過程中，也在關注固態電池的製造問題，固態電池整個製造工藝跟傳統的鋰離子的製造工藝不同，需要新的設備，新的工藝，所以寧德時代也同時進行工藝的研發。
此外，在2017年對外表示已著手研發固態電池及固態電解質的國軒高科，之前就透露，根據與國際一線整車品牌合作的產品要求，公司正在美國和日本分別開發下一代動力電池生產技術工藝與生產設備，相關產品將使用半固態電池技術。對於包括固態電解質在內的上游關鍵原材料的研發與產業化進度公司方面也將密切關注。
2018年3月，國軒高科在在投資者互動平台表示公司半固態電池技術目前已處於實驗室向中試轉換階段。
隨著全球電動汽車的快速發展，全固態電池能迅速提升汽車的續航能力，這無疑是電池未來發展的一個必然方向。在「雙積分政策」和補貼退坡的的雙重影響下，意味著，電池產業的競爭將更加激烈，倒逼著這些企業把主要精力放在研究下一代電池技術上，固態電池或成較佳選擇。
另外，固態電池投融資熱，客觀上促進了固態電池方向的研發，刺激了這個行業和領域，推動行業對固態電池的重視。
但是具體到固態電解質的電導率、電池倍率、電池製備效率、成本控制方面，全固態電池仍然困難重重。