原創 固态電池遭遇全球難産，锂電“聖杯”恐怕隻是一場夢
“固态電池普及之日，就是燃油車退出曆史舞台之時。”
這是多年前流傳于新能源行業的一句話。大衆汽車電芯中心負責人弗蘭克·布洛梅甚至将固态電池稱為锂離子電池的“最終篇章”，和可控核聚變民用化之前的能源設備終點。
仿佛誰能率先造出固态電池并實現其大規模商業化，誰就将獲得锂電技術的“聖杯”，成為能量魔方的解密者，和全球新能源行業的霸主。
正是在這樣的背景下，全球新能源從業者、分析師和投資人們都開始瘋狂追逐這一方向。以 QuantumScape、Solid Power 等為代表的美國創業公司，豐田、日産、松下等日本汽車和化工巨頭，以及一些中國電化學材料方面的企業，紛紛加入了領域内的較量。
QuantumScape（簡稱QS）是其中的代表性企業，其背後的投資者也是陣容強大，包括大衆汽車集團和比爾·蓋茨。QS也不負衆望，在2020年上市前，QS已經驗證了他們的單層電池在室溫加壓的情況下，以1C的速率充放電循環1000次後還可以保持初始儲能量的90%。同時QS宣布他們已與大衆合作啟動生産線的建設，預計在2025年可投産。這顆衛星直接把QS的股價推高了10倍。
然而，狂歡之後，越來越多的人提出質疑，畢竟單層電池距離實際應用還非常遙遠，即便技術問題解決了，能否商用化也成問題。
QuantumScape 采用的無機氧化物固态電解質層，重量是傳統锂電隔膜的10倍以上，由于固态電解質離子電導率低，影響了放電倍率和低溫工況下的性能。該公司不得不在電池正極側添加不少于20%質量的氧化物提供離子電導。
這些非活性物質的增加，使得電池的能量密度降低，有行業資深專家告訴品駕，QuantumScape 電池能量密度難以超過350Wh/kg，無法和主流傳統锂電高端産品水平拉開差距，想要達到固态電池理論能量密度的峰值水平，更是難上加難。
事實上，人們認為固态電池是因為固态帶來的高能量密度是完全錯誤的。真正提升電池能量密度的關鍵在于使用矽或者锂金屬負極。這兩種負極也正在用于液态電池，以提升能量密度。
另一方面，固态電池的更高安全級别同樣經不起推敲。人們普遍認為，固态電解質絕緣性好，不可燃、不揮發,即便發生了形變,也不會導緻電解質外漏，但物理性能的安全隻是電池安全的一個側面，其他任何一個側面的高危都可能讓固态等于不安全。
美國能源部的一項研究發現，全固态電池在因為锂枝晶引發短路的溫度比傳統锂離子電池更高，而熱量的釋放可能會通過易燃包裝或者附近的其他材料而起火；并且當固态電解質層因為各種原因而完整性受損的時候，反應更是會釋放巨大的熱量。有趣的是，QuantumScape公司的萬聖節活動上，連續很多年都會有人假扮成一個锂枝晶形狀的怪物。
锂枝晶
更值得人們關注的是，QuantumScape 采用的氧化物片電解質硬度太高，不得不增加凝膠電解質來改善界面，而這樣做将會降低固态電池的本征安全性。尤其是其氧化物片由于金屬锂沉積的臨界電流密度很小，在未來使用中将很容易發生短路。
QuantumScape 在去年年底也對電池安全含糊其辭，當時該公司勉強造出了首批原型固态電池并交付給汽車客戶，創始人、CEO 兼董事長 Jagdeep Singh 提到這批電池産品的可靠性方面“仍有很大提升空間”。
QuantumScape CEO Jagdeep Singh圖片來源：金融時報
不僅如此，量産也仍有許多問題沒有解決。雖然氧化物基電解質這種材料在空氣中具有更好的穩定性，但對制造工藝要求很高，需要800攝氏度以上的高溫燒結才可以緻密成型，對于大尺寸、超薄和無缺陷的陶瓷制備工藝有着極高的要求，對電池規模化制造帶來了更大的挑戰。
在生産環境和原材料純度方面，全固态電池的要求更是比傳統锂電更高。批量生産大尺寸的電解質薄膜可能存在困難，因此全固态電池的量産初期或隻能小規模生産，用于一些對于成本容忍度更高的領域。韓國新能源研究機構 SNE報告指出，即便到了量産階段，全固态電池的成本至少也是锂離子電池的兩倍，跟新能源汽車行業追求的“降本”背道而馳。
固态電池的狂歡盛宴裡，最聰明的資本最先冷靜下來。同樣在去年底，摩根士丹利分析師Adam Jonas發布研報，将QS評級從“持股觀望”下調至“減持”，并将目标價從12美元下調至僅4美元，創華爾街新低。原因包括規模化和獲得整車廠認可的時間線的不确定性，以及公司面臨更困難的融資環境。Adam Jonas表示，雖然固态電池可能仍然代表着能源存儲的未來，但事實證明，實現這一目标的道路比我們和市場預期的更困難，也更遙遠。
由于市值也不斷脫水，股價從高位的132美元跌至今天的7美元，QS公司也開始裁員，似乎進入了 Gartner 技術成熟度曲線的“泡沫破裂谷底期”。結果，環繞在這匹曾經的黑馬周圍的泡沫，開始崩塌。
在QS仍然在技術和資本的雙難中苦苦掙紮的同時，美國新能源汽車品牌菲斯克已經宣布放棄研發固态電池的計劃，轉而推出搭載液态锂離子電池的普通電動車。許多人或許還記得2018年，該公司就表示将在數月之内量産固态電池。如今該公司創始人隻能用這樣的解釋來掩蓋當初的尴尬，“固态電池是一種這樣的技術，當你覺得你已經完成了90%，幾乎達到目标時，然後你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。”
豐田的固态電池故事裡跳票是個關鍵詞。在新能源方面一直押注油電混動路線，導緻純電技術落後的豐田，一直希望通過提早布局固态電池技術進行超車。其布局固态電池最早可以追溯到2008年，當時該公司宣布和英國創業公司伊利卡 (Ilika) 合作共同研發固态電池材料。
10年過去了，豐田在固态電池上的合作夥伴少說也有了七八家，甚至連這方面的專利都已經累積到了1300多項，數量遙遙領先，是排名2-5的四家日韓企業的相加之和，可惜的是技術到量産的難度不亞于一次西天取經。在前年一場名為“2030電池戰略會”的活動上，豐田表示在高能量密度的全固态電池方面研發進展不樂觀，在合适的硫化物電解質材料這一關鍵課題上一直未能破局。
圖片來源：豐田
在技術困難無法攻克的背景下，豐田不得不一再推遲全固态産品的量産，其2019年就表示，将在2020年東京奧運會時推出一款搭載固态電池的新能源車型,然而即便奧運會推遲了一年，給了豐田更多的時間，消費者仍然未能等到固态電池搭載車型。同時在商業化方面選了一條令人扶額的路線：将固态電池技術優先投放混動汽車産品，而非面向純電車型一步到位。
考慮到電動化，特别是純電化在中國已經形成了不可阻擋的趨勢，燃油車的黃昏壯麗，純電車型的曙光刺眼，讓非增程混動車型的市場前景一片黯淡。加之豐田本身的車輛技術叠代周期太長，普遍達到4-5年；其唯一的一輛純電車型 bZ4X 初戰告捷，又遭遇大規模召回（盡管是非電池原因），在前幾天終于官宣項目徹底停産。
豐田的決策，再次令人感受到了這家日本汽車巨頭在新能源時代的無所适從，盡管豐田表示要在2025年前推出固态電池。但“狼來了的故事”使人不得不降低對其在固态電池技術上的預期。
留給豐田兌現承諾的時間或許已經不多，在剛剛過去的上海車展甯德時代已經發布了凝聚态電池，最高500Wh/kg的高比能、高安全，關鍵在今年就可量産。因此更大的可能是，凝聚态裝車後，固态電池或許将徹底失去商業化可能性。
如今固态電池這個曾被萬衆期待的終極電池技術，已經難再撐得起燃油車“終結者”、锂電“聖杯”的名号。它看起來越來越像一群人在錯誤的技術路線上，共同做了一場夢。
然而夢醒時分已到。
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