电池风云固态电池，宁王终结者？

　　撰文大蔚
　　编辑华锋
　　一篇论文价值3500万？
　　哈佛大学华人教授李鑫指导来自中国的学生叶露涵研发了一种新型固态电池，震惊之处在于这种电池可重复使用高达1万次，充电速度最快三分钟。要知道，目前的固态电池循环次数大多仍在2000多次，这样的成果直接让固态电池的寿命和充电速度完成了历史性飞跃。该论文在科学杂志《Nature》上发表后，一度引起轰动。而叶露涵所在的团队成立的初创公司，今年获得了515万美元（约合人民币3570万）融资，投资方包含春华资本。
　　其实，火的不是论文，而是固态电池。中科院院士欧阳明高教授曾在公开场合表示：在现有的各种探索中，最有可能成为下一代动力电池的就是固态锂电池。资本追逐的，也是下一个电池风口。
　　在锂电池两大痛点能量密度和安全性上，固态电池以其颠覆型的特性被寄予了厚望，可以说是全村人的希望。
　　10月11日，美国宇航局NASA宣布了研发的新型固态电池，能量密度比特斯拉电池高一倍，获得媒体广泛关注。其能量密度高达500Whkg，而目前特斯拉的4680电池的单体能量密度约300Wh千克，电池组能量密度为217Wh千克。
　　据了解，目前，全球范围内约有50多家制造企业、初创公司和高校科研院所在致力于固态电池技术的推进。在如此密集的研发态势下，锂离子电池是否很快就要被新型固态电池替代？
　　虽然现在固态电池很热，但是离真正的产业化和大规模商业应用，还有比较远的距离。厚纪资本合伙人贾凤贺说，固态电池对材料创新以及整个产业链配合度都提出了很高的要求，所以从实验室到大规模商业应用，还有很长的路要走。
　　尽管如此，业界已形成的共识是，一旦固态电池前沿技术真正产业化，以宁德时代为代表的国内锂电池厂商可能将面临降维打击，在固态电池领域很有可能会诞生另一个宁德时代。
　　必由之路
　　新能源汽车已经步入高速发展期，但目前提到电动汽车，大部分人还是觉得续航短，充电麻烦。这源于锂电池的两大致命短板：第一能量密度提升困难，有天花板；第二安全性堪忧，起火事故频发。
　　当前液态锂离子电池的能量密度极限是特斯拉的260Whkg，目前很多电池厂商正在向350Whkg发起冲击。而要实现8001000公里续航，电池能量密度必须达到500Whkg以上。
　　中科院院士欧阳明高曾公开表示，要实现2030年500Whkg的能量密度目标，固体电解质层面的突破是不得不走的必由之路。
　　传统的液态锂电池被科学家们形象地称为摇椅式电池，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。
　　固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。
　　相比锂离子电池，固态电池优势非常明显：
　　第一，不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液、耐高温的固态电解质，取代电解液、电解质盐与隔膜，彻底解决可燃性液态有机电解液导致的自燃风险；
　　第二，固态电池能量密度高，有很大希望突破500Whkg关口，此举可将电动汽车续航里程拉高至800公里到1000公里。加之固态电池工作温度范围宽、支持超级快充，是实现加电比加油方便的最短键程。
　　第三，固态电池可大幅为系统减重。传统锂离子电池中，需要使用隔膜和电解液，它们加起来占据了电池中近40的体积和25的质量。而如果把它们用固态电解质取代，正负极之间的距离可以缩短到甚至只有几到十几个微米，这样电池的厚度就能大大地降低。
　　因此可以说，固态电池是下一代动力电池的最佳路径。
　　然而，历史上曾经不断有人扬言要量产固态电池，最终都失败了。
　　2017年，总部设在加州安纳海姆的美国电动汽车公司Fisker发布了一项刚完成申请的固态锂电池专利：充电1分钟，续航800公里，简直轰动世界。创始人HenrikFisker信誓旦旦地表示，固态锂电池会在2023年量产，价格只有锂电池的三分之一。
　　2018年，HenrikFisker表示，公司攻克了固态电池难题，最终设计将在数月内公布。但直到2019年，搭载固态电池的Fisker跑车都迟迟无法下线。2021年，HenrikFisker表示，他已彻底放弃固态电池计划，因为真的无法落地。
　　法国博洛雷集团是第一家成功将固态电池规模商业化运作的公司，但这块固态电池包的容量只有30度，能量密度仅有100Whkg，只有液态锂离子电池的一半。2011年10月，搭载这种固态电池的2900辆电动汽车开始在法国巴黎及郊外以共享方式服务，但到了2019年这个项目就关闭了。
　　这又是为什么呢？
　　折戟量产
　　如果仅仅在实验室中，固态电池是绝对的王者，但它明显不够接地气。
　　所谓接地气，就是在商业化的规模和成本方面都能达到完美的平衡点。首先，使用的材料必须不能是高成本且稀有的。其次，要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。
　　事实上，固态电池由于不需要液体的浸润，仅需要固态电解质将正负极片隔开，那么金属物质材料的选择就变得非常关键。而目前这项技术最大的挑战也就在于，由于固态电解质电导率总体低于液态电解液，这导致了目前固态电池的倍率性能整体偏低，内阻较大，所以固态电池暂时无法满足快充要求。
　　这需要整个产业链的配合和生产工艺的创新。一方面，正负极材料供应商要能量产新材料；另一方面需要设备商同步研发新设备。材料企业不参与，对下游制造企业的挑战就会很大，需要自己建设完整的产业链，既耗时又费力，而且成本上很不划算。目前，液态锂电池的成本大约在每千瓦时200300美元，而固态电池的成本却高达1。5万美元。
　　所以要整个供应链上的企业都参与其中，固态锂电才算离大规模应用不远。厚纪资本合伙人贾凤贺说，相比而言，他认为半固态电池的路径更具备可行性。
　　今年7月，蔚来汽车官方公布，计划在2022年第四季度开始交付150kWh固态电池，单体能量密度可达到360Whkg。届时，全新的蔚来ES8续航可达到850km，ES6续航可达到900km，而ET7更是突破1000km。
　　（图源：蔚来官方）
　　但该电池内部仍留有一部分液态电解质，严格上讲应该叫半固态电池，属于液态电池到固态电池演进的一种过渡性产品。而尝试半固态电池的，很多是出于快速商业应用的考虑。
　　蔚来半固态电池的供应商是北京卫蓝新能源科技有限公司。卫蓝新能源成立于2016年，主要产品包括混合固液电解质锂离子电池与全固态锂电池，应用于新能源车船、规模储能、3C消费等领域。该公司是中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的唯一产业化平台，在北京房山、江苏溧阳和浙江湖州拥有3大生产基地，并已经建设了一条2GWh的规模化固液混合固态动力电池生产线，主要生产350360Whkg的新能源车用动力电池。
　　正因为如此，卫蓝新能源迅速从行业新兵变成了资本宠儿，截至目前共获得了七轮融资，投资方包括小米长江产业基金、哈勃投资、蔚来资本、中科院创投、天齐锂业、吉利控股、顺为资本、IDG资本等。
　　相关统计数据显示，全球已有40多家固态电池生产商，除了卫蓝新能源外，我国的辉能科技、清陶能源、赣锋锂业在固态电池领域的研发布局均比较早，目前已建成至少中试规模实验线，并有产品应用于无人机。但综合来看，他们中多数都是半固态电池，只是固态电池的过渡形式，即使如此，从这些厂商的进度来看，距离大规模商业化应用还有相当长的一段路要走。
　　曾经被认为最接近固态电池量产的丰田汽车也表示，固态电池至少在2030年才能实现量产，目前丰田的固态电池还是停留在实验室阶段。
　　宁王慌不慌？
　　虽然固态电池量产困难，但日韩、欧美已经有意转换技术赛道，抢占先机。
　　在今年上半年的全球动力电池装机量排行榜中，宁德时代、LG新能源、比亚迪位列全球动力电池装机排行榜前三甲。中创新航、国轩高科、欣旺达、蜂巢能源位于710位，前十位中有6家企业属于中国，亿纬锂能、孚能科技、远景能源、多氟多、鹏辉新能源、力神等排位1120名。可以说，在锂电池方面中国公司的竞争优势十分明显。
　　也正是由于液态锂离子电池战场的失势，使得美国和日本企业跳过现有阶段，直接在固态电池赛道掷下重金。
　　日本为了应对中国和韩国电池产业的崛起，自2017年起举全国之力研发下一代固态电池，并投入了大量的研发经费。日本丰田汽车是目前固态电池技术最先进的汽车公司，拥有数量最多的专利。一旦固态电池进入商业量产阶段，这些专利将成为打压对手的利器。
　　因此，虽然中国电池产业取得暂时优势，但国际竞争压力巨大。随着电池技术的进步，在固态电池领域或许也会诞生另一个宁德时代，或许是日本的丰田汽车，或许是在国内坚持固态电池研发的辉能科技、清陶能源、赣锋锂电等企业。
　　不过，从固态电池量产时间来说，宁德时代有足够的时间和投入去保持住自己的地位。
　　据中科院院士欧阳明高预测，全固态电池要实现产业化、并对市场格局产生重要影响，仍需十年左右。2025年是液态电池向固态电池过渡的关键期，而2030年应该是转向全固态电池发展的一个关键节点。所以，在2030年前，液态电池及半固态电池等现有的锂电技术仍将占据绝对主导地位。也就是说，宁德时代至少有7年多的时间来改变结果。
　　作为市占率最高的动力电池企业，宁德时代从未在技术上固步自封，其在固态电池上也有大量专利和布局。2021年5月，宁德时代表示已经可以做出固态电池样品，并曾在1月公开了两份关于固态电池的专利，分别为一种固态电解质的制备方法以及一种硫化物固态电解质片及其制备方法，同时声称固态电池产业化进程在逐渐加快。
　　宁德时代可以利用自己在产业链中的地位和资金实力，主导上下游投入到对固态锂电相关材料的研发生产，从无到有搭建一套完整产业链，实现低成本量产，这是其他企业无可比拟的。贾凤贺说。
　　每年研发投入超18以上的宁德时代，在固态电池上不会远远观望，因为那是下一个未来。