[爱卡汽车前沿科技原创]
在刚刚过去的春节假期中，随着电动车保有量的逐年提升，电动车主在高速服务区彻夜排队充电、甚至为此大打出手的新闻再次荣登新闻头条。据中消协发布的2022年度春节消费维权舆情分析报告显示，“高速充电难，无解决方案”成了春节消费维权的典型案例。
事实上，如果要彻底解决“每逢佳节必添堵”的充电难题，除了依赖于基础设施的普及和建设，提升车载电池组储能效率也几乎是”必选项”。据工信部公布的《中国制造2025》中对电池技术的相关指导意见，到2025年、2030年两个时间节点，动力电池单体能量密度需达到400Wh/kg、500 Wh/kg。而目前占车载电池主流份额的液态锂离子电池，就算在最新技术的加持下，也很难突破400Wh/kg的能量密度上线。
或许在您看来这些数据枯燥无比，毫无意义。那我们不妨以市售电动车为例，长续航版的特斯拉Model 3共有4416个电芯，电池组重量为477.3kg，容量为78.4kWh，经计算能量密度仅为167W/kg，而该车的CLTC续航里程为675km，也就是说，一旦电池能量密度突破400Wh/kg大关，车辆续航里程轻松突破1000km几乎没有难度。对此，同等重量下能量密度更高、同时也具备更好安全性能的固态电池技术被看做车载电池的终极形态，也因此成了众多电动车企的未来的发展方向。甚至有相关人士放出狠话：“一旦固态电池得以普及，就是传统燃油车淘汰之时。”
这不禁令人好奇，固态电池真的是电动车的”万金油“吗？
只要将多汁的柠檬或其他水果，然后在两端分别插入铜、锌两种化学性质不同的金属片，再用导线将金属片两端连接起来，就可以制成最简单的“水果电池”。
固态电池究竟好在哪？
作为目前纯电动车核心技术的电池，其实底层原理并不复杂。只要将多汁的柠檬或其他水果，然后在两端分别插入铜、锌两种化学性质不同的金属片，再用导线将金属片两端连接起来，就可以制成最简单的“水果电池”。这种“水果电池”的核心原理在于：柠檬两端的铜片和锌片的电化学活性不同，其中更活泼的那边的金属片（铜片）能与柠檬汁起化学作用产生了正电荷，另外一片（锌片）就会产生负电荷，因此产生电流。与此同时，柠檬汁充当电解液，在正负极中起传导电离子，以产生电流。
面对低温环境，电池中的电解液会变得黏稠、而锂离子迁移速率变慢，导致电池活性降低，这也是大多数电动车在冬天里程大幅缩减、充电效率降低的重要原因。
目前主流的车载锂电池中，仍需电解液在电池充放电过程中使离子在正负极之间运动，从而构成整个电路回路产生电流。对于车载锂电池而言，反复充放电会导致锂离子在反复沉积和析出过程中，金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，并发生粉化。这种现象轻则降低电池储能，缩短电池寿命；严重时则会穿透电池间的隔膜，引发漏液和短路，造成车辆自燃。不仅如此，面对低温环境，电池中的电解液会变得黏稠、而锂离子迁移速率变慢，导致电池活性降低，这也是大多数电动车在冬天里程大幅缩减、充电效率降低的重要原因。
反复充放电会导致锂离子在反复沉积和析出过程中，金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，这种现象轻则降低电池储能，缩短电池寿命；严重时则会穿透电池间的隔膜，引发漏液和短路，造成车辆自燃。
相比于此，固态电池使用固体材料作为离子移动的电解质，由于电池中不存在液体，因而就不需要传统液态锂电池复杂的封装系统。此外，由于其性质更稳定，因此在固态电池中也不需要配置温度控制部件。这也就意味着，相同重量的一组液态和固态电池，就像是同样大小的柚子和西瓜，后者“果肉”（电芯）所占比重远超前者，因此电池能量密度大幅提升。
相同重量的一组液态和固态电池，就像是同样大小的柚子和西瓜，后者“果肉”（电芯）所占比重远超前者，因此电池能量密度大幅提升。
事实上，固态电池的优势远不止于更高的能量密度，固体电解质更稳定的物理性质意味着这种电池不会因为外界环境的变化容量骤减，而且使用寿命也比液态锂电池长得多。
当前参与固态电池研发的企业和机构（不完全），除了车企，初创公司及大学研究机构也占了很大比例。
固态电池既然这么好，为什么迟迟不量产？
相比于传统锂电池，固态电池容量大、更安全、使用寿命也更长，优势可谓相当明显。但是，在研发层面可谓困难重重。尽管从新势力车企Fisker、蔚来，到传统车企丰田、大众、宝马，在该技术上均有所布局。但时至今日，还尚未有一款量产车搭载固态电池。甚至早在2017年就申请了固态电池专利的Fisker公司已于2021年公开宣布彻底放弃研发该技术。
对于固态电池技术，Fisker创始人Henrik Fisker坦言：“固态电池是一种这样的技术，当你觉得已经完成了90%，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。因此现在，我们完全放弃了固态电池，因为真的无法落地。”
对此，Fisker创始人Henrik Fisker坦言：“固态电池是一种这样的技术，当你觉得已经完成了90%，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。因此现在，我们完全放弃了固态电池，因为真的无法落地。”而对于该技术的前景，这位宝马Z8的设计师同样给出了悲观的预期：“我个人认为，不管是哪种形式的量产，固态电池都至少还需要7年。”
讽刺的是，让固态电池技术迟迟不能量产落地，进而困扰着全球车企和电池制造商的技术难题恰恰就是固态电解质本身。目前，全球范围内成型的电解质技术路线一共分为三种：聚合物、氧化物和硫化物。（配图为丰田固态电池结构图）
讽刺的是，让固态电池技术迟迟不能量产落地，进而困扰着全球车企和电池制造商的技术难题恰恰就是固态电解质本身。目前，全球范围内成型的电解质技术路线一共分为三种：聚合物、氧化物和硫化物。其中，以大众及上汽集团投资的电池制造商QuantumScape为首的欧美企业更倾向于氧化物和聚合物，而丰田和LG化学为首的日韩企业则坚定地站在硫化物这一阵营。
作为搭载固态电池量产车的先行者，法国公司Bolloré与宾法设计公司合作开发的Bluecar早在2011年问世，但电池性能相当堪忧，甚至为了保证该车的续航里程，一些早期的车型即使在停车状态下，也需要外接一个加热器。
这三种技术路线可谓各有千秋。其中聚合物电解质加工容易，高温下导电性能优异，但室温状态下导电性能大幅下降，因此这种电池需要配置额外的加热装置保持电池始终处于工作温度。利用该技术，法国公司Bolloré早在2011年就与宾法设计公司合作开发了搭载固态电池的量产车——Bluecar。不过，该车搭载的电池组容量只有30kWh，能量密度只达到了100Wh/kg，甚至还不足现在现在主流液态电池能量密度的一半。
2013年10月14日，法国巴黎一辆用于共享出行的bluecar发生自燃，大火很快烧毁了另一辆停在附近同型号共享车。据悉，在2011-2013年间，共有25辆bluecar发生了自燃。
更致命的是，为了保证该车的续航里程，一些早期的车型即使在停车状态下，也需要外接一个加热器。尽管固态电池本身的降低了自燃风险，但这个附加装置成了最大的隐患。2013年10月14日，法国巴黎一辆用于共享出行的bluecar发生自燃，大火很快烧毁了另一辆附近的车。据悉，在2011-2013年间，共有25辆bluecar发生了自燃。
对此，氧化物固态电解质受外界环境影响小，但加工难度较高，前文提及的QuantumScape，研发出了加工更容易的非薄膜电解质，并被众多业内人士看做未来最有量产商业化前景的固态电池技术。
2021年9月，丰田正式宣布，将投资135亿美元用于研发包括固态电池在内的下一代电池技术。同年11月，该公司推出了首款搭载固态电池的概念车——LQ Concept。
相比前两种技术，硫化物起步最晚，但由于其导电性能最好，且支持高压快充技术，因此被丰田、三星和宁德时代等一众亚洲企业看好，2021年9月，丰田正式宣布，将投资135亿美元用于研发包括固态电池在内的下一代电池技术。同年11月，该公司推出了首款搭载固态电池的概念车——LQ Concept，不同于各种PPT造车企业所热衷的”1:1大比例车模”，这款概念车在接下来会在开放道路上进行测试，并验证固态电池的稳定性。
即使试验车已经上路，一向以保守稳健著称的丰田还是决定直到2025年，才会小规模投产固态电池。并且首批产品将应用于自家的混动车型上，而非纯电车型。
即使试验车已经上路，一向以保守稳健著称的丰田还是决定直到2025年，才会小规模投产固态电池。并且首批产品将应用于自家的混动车型上，而非纯电车型。对于这个规划，丰田研究所（Toyota Research Institute）负责人Gill.Pratt给出了解释：“目前的固态电池制造成本居高不下，而混动车型所需的电池容量较小，不仅可以有效控制成本，同时混动车型更频繁的充放电也使其成为了验证电池寿命和可靠性的完美平台。”
固态电池为什么迟迟不量产？
除了丰田，其他的车企的固态电池量产时间表呢？
事实上，除自研电池技术的丰田，大部分车企选择收购或投资相关企业，坐等“胜利果实”。去年11月，戴姆勒集团（现已更名梅赛德斯-奔驰集团股份公司）宣布与固态电池技术公司Factorial Energy达成战略合作，2022年开始研发测试，2025年推出搭载固态电池的原型车并最终在2030年实现量产；无独有偶，就在与奔驰签约的前一个月，现代集团也入股了这家致力于固态电池研发的公司。此外，同年12月全球第四大车企Stellantis集团宣布，与该公司正式签署固态电池联合开发协议，其合作结果最早将于2026年亮相。
就在奔驰宣布投资Factorial Energy后不久，该公司再度宣布与中国台湾固态电池研发其也ProLogium达成协议，奔驰向该公司投资，两家公司共同研发固态电池，并规划欧洲建厂。
有趣的是，就在奔驰宣布投资Factorial Energy后不久，该公司再度宣布与中国台湾固态电池研发其也ProLogium达成协议，奔驰向该公司投资，两家公司共同研发固态电池，并规划欧洲建厂。
在众多研发固态电池的车企中，最令人玩味的是通用集团，先是在2018年投资了固态电池公司Solid Energy Systems，随后又于今年10月宣布成立电池研发中心。
此外，宝马与另一家固态电池的初创公司——Soild Power达成协议，将投资1.3亿美元进行研发，如果过程顺利，同样将于2025年推出原型车并于2030年实现量产。在该公司的投资者名单中，还包括福特集团。最令人玩味的是通用集团，先是在2018年投资了固态电池公司Solid Energy Systems，随后又于今年10月宣布成立电池研发中心。
早在两年前的“NIO Day 2020”上，蔚来就在首款轿车ET7(配置|询价)亮相的同时，高调宣布该车将搭载能量密度360kWh/kg的固态电池，得益于此，该车续航将轻松突破1000km。
蔚来：我完全不明白，为什么到2025年才量产固态电池
早在两年前的“NIO Day 2020”上，蔚来就在首款轿车ET7(配置|询价)亮相的同时，高调宣布该车将搭载能量密度360kWh/kg的固态电池，得益于此，该车续航将轻松突破1000km。然而，随后公布的新车申报信息却毫无保留的揭穿了谎言。在车辆配置中，赫然出现了“三元锂/磷酸铁锂电池”字样。对此，几天前还信心满满的李斌只能略显尴尬的解释道：“目前蔚来采用的也并非全固态电池，还是带有液体(电解质)的。”
随后公布的ET7新车申报信息却毫无保留的揭穿了谎言，在车辆配置中，赫然出现了“三元锂/磷酸铁锂电池”字样。
对于ET7搭载的电池，李斌略显尴尬的解释道：“目前蔚来采用的也并非全固态电池，还是带有液体(电解质)的。”
事实上，ET7所搭载的电池已然是目前液态电池的天花板，该电池组不仅采用了超高镍和无机无机预锂化硅作为正负极材料，同时还创新的采用了原位固化固液电解质，得益于此，该电池组才达到了近乎极限的360kWh/kg能量密度。即使如此，从结构上分类，该电池组的电解液仍存在液体成分，也保留了隔膜。严格意义上仍是液态锂电池的范畴。为了缓解尴尬，并安抚蔚来粉丝们的情绪，公关们绞尽脑汁的给ET7搭载的电池取了一个新名字——半固态电池。
蹭“固态电池”热点的远不止蔚来一家，于去年上市的东风风神E70(配置|询价)也号称搭载了电动汽车行业的“圣杯”——固态电池，但在其电池供应商赣锋锂业的官方资料中，却明确指出：目前该公司的电池均采用“固液混合电解质”，而真正的固态电池，尚在与东风研发过程中。
然而，蹭“固态电池”热点的远不止蔚来一家，于去年上市的东风风神E70也号称搭载了电动汽车行业的“圣杯”——固态电池，但在其电池供应商赣锋锂业的官方资料中，却明确指出：目前该公司的电池均采用“固液混合电解质”，而真正的固态电池，尚在与东风集团共同研发过程中。
总结
正如高级别驾驶辅助系统的不同技术路径一样，未来的电池技术肯定也是多路径共同发展。就像是一向不按常理出牌的特斯拉，就于2020年推出了4860电池，在液态电池的基础上，通过无模组设计，将体积重量大幅缩减，得益于此，其能量密度达到了惊人的300Wh/kg。
固态电池技术固然是未来电动车产业的重要发展方向，但若缺乏国家层面的监管和相关标准政策的出台，造成虚假宣传、行业乱象丛生，恐怕是消费者和有良知的车企都不愿意看到的。
固态电池量产时间表