一篇論文價值3500萬？

哈佛大學(xué)華人教授李鑫指導(dǎo)來自中國的學(xué)生葉露涵研發(fā)了一種新型固態(tài)電池，震驚之處在于這種電池可重復(fù)使用高達(dá)1萬次，充電速度最快三分鐘。要知道，目前的固態(tài)電池循環(huán)次數(shù)大多仍在2000多次，這樣的成果直接讓固態(tài)電池的壽命和充電速度完成了歷史性飛躍。該論文在科學(xué)雜志《Nature》上發(fā)表后，一度引起轟動。而葉露涵所在的團(tuán)隊(duì)成立的初創(chuàng)公司，今年獲得了515萬美元（約合人民幣3570萬）融資，投資方包含春華資本。

其實(shí)，火的不是論文，而是固態(tài)電池。中科院院士歐陽明高教授曾在公開場合表示：“在現(xiàn)有的各種探索中，最有可能成為下一代動力電池的就是固態(tài)鋰電池?！辟Y本追逐的，也是下一個電池風(fēng)口。

(資料圖片僅供參考)

在鋰電池兩大痛點(diǎn)——能量密度和安全性上，固態(tài)電池以其顛覆型的特性被寄予了厚望，可以說是“全村人的希望”。

10月11日，美國宇航局NASA宣布了研發(fā)的新型固態(tài)電池，能量密度比特斯拉電池高一倍，獲得媒體廣泛關(guān)注。其能量密度高達(dá)500Wh/kg，而目前特斯拉的4680電池的單體能量密度約300Wh/千克，電池組能量密度為217Wh/千克。

據(jù)了解，目前，全球范圍內(nèi)約有50多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高?？蒲性核谥铝τ诠虘B(tài)電池技術(shù)的推進(jìn)。在如此密集的研發(fā)態(tài)勢下，鋰離子電池是否很快就要被新型固態(tài)電池替代？

“雖然現(xiàn)在固態(tài)電池很熱，但是離真正的產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，還有比較遠(yuǎn)的距離?！焙窦o(jì)資本合伙人賈鳳賀說，固態(tài)電池對材料創(chuàng)新以及整個產(chǎn)業(yè)鏈配合度都提出了很高的要求，所以從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，還有很長的路要走。

盡管如此，業(yè)界已形成的共識是，一旦固態(tài)電池前沿技術(shù)真正產(chǎn)業(yè)化，以寧德時代為代表的國內(nèi)鋰電池廠商可能將面臨降維打擊，在固態(tài)電池領(lǐng)域很有可能會誕生另一個“寧德時代”。

“必由之路”

新能源汽車已經(jīng)步入高速發(fā)展期，但目前提到電動汽車，大部分人還是覺得“續(xù)航短”，“充電麻煩”。這源于鋰電池的兩大致命短板：第一能量密度提升困難，有天花板；第二安全性堪憂，起火事故頻發(fā)。

當(dāng)前液態(tài)鋰離子電池的能量密度極限是特斯拉的260Wh/kg，目前很多電池廠商正在向350Wh/kg發(fā)起沖擊。而要實(shí)現(xiàn)800-1000公里續(xù)航，電池能量密度必須達(dá)到500Wh/kg以上。

中科院院士歐陽明高曾公開表示，要實(shí)現(xiàn)2030年500Wh/kg的能量密度目標(biāo)，固體電解質(zhì)層面的突破是不得不走的必由之路。

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被科學(xué)家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)（液態(tài)）。而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動過程中，電池的充放電過程便完成了。

固態(tài)電池的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。

相比鋰離子電池，固態(tài)電池優(yōu)勢非常明顯：

第一，不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液、耐高溫的固態(tài)電解質(zhì)，取代電解液、電解質(zhì)鹽與隔膜，徹底解決可燃性液態(tài)有機(jī)電解液導(dǎo)致的自燃風(fēng)險；

第二，固態(tài)電池能量密度高，有很大希望突破500Wh/kg關(guān)口，此舉可將電動汽車?yán)m(xù)航里程拉高至800公里到1000公里。加之固態(tài)電池工作溫度范圍寬、支持超級快充，是實(shí)現(xiàn)“加電比加油方便”的最短鍵程。

第三，固態(tài)電池可大幅為系統(tǒng)減重。傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代，正負(fù)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。

因此可以說，固態(tài)電池是下一代動力電池的最佳路徑。

然而，歷史上曾經(jīng)不斷有人揚(yáng)言要量產(chǎn)固態(tài)電池，最終都失敗了。

2017年，總部設(shè)在加州安納海姆的美國電動汽車公司Fisker發(fā)布了一項(xiàng)剛完成申請的固態(tài)鋰電池專利：充電1分鐘，續(xù)航800公里，簡直轟動世界。創(chuàng)始人Henrik Fisker信誓旦旦地表示，固態(tài)鋰電池會在2023年量產(chǎn)，價格只有鋰電池的三分之一。

2018年，Henrik Fisker表示，公司攻克了固態(tài)電池難題，最終設(shè)計(jì)將在數(shù)月內(nèi)公布。但直到2019年，搭載固態(tài)電池的Fisker跑車都遲遲無法下線。2021年，Henrik Fisker表示，他已徹底放棄固態(tài)電池計(jì)劃，因?yàn)檎娴臒o法落地。

法國博洛雷集團(tuán)是第一家成功將固態(tài)電池規(guī)模商業(yè)化運(yùn)作的公司，但這塊固態(tài)電池包的容量只有30度，能量密度僅有100Wh/kg，只有液態(tài)鋰離子電池的一半。2011年10月，搭載這種固態(tài)電池的2900輛電動汽車開始在法國巴黎及郊外以共享方式服務(wù)，但到了2019年這個項(xiàng)目就關(guān)閉了。

這又是為什么呢？

折戟量產(chǎn)

如果僅僅在實(shí)驗(yàn)室中，固態(tài)電池是絕對的王者，但它明顯不夠“接地氣”。

所謂接地氣，就是在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面都能達(dá)到完美的平衡點(diǎn)。首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個行業(yè)和領(lǐng)域都有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能。

事實(shí)上，固態(tài)電池由于不需要液體的浸潤，僅需要固態(tài)電解質(zhì)將正負(fù)極片隔開，那么金屬物質(zhì)材料的選擇就變得非常關(guān)鍵。而目前這項(xiàng)技術(shù)最大的挑戰(zhàn)也就在于，由于固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率總體低于液態(tài)電解液，這導(dǎo)致了目前固態(tài)電池的倍率性能整體偏低，內(nèi)阻較大，所以固態(tài)電池暫時無法滿足快充要求。

這需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的配合和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新。一方面，正負(fù)極材料供應(yīng)商要能量產(chǎn)新材料；另一方面需要設(shè)備商同步研發(fā)新設(shè)備。材料企業(yè)不參與，對下游制造企業(yè)的挑戰(zhàn)就會很大，需要自己建設(shè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，既耗時又費(fèi)力，而且成本上很不劃算。目前，液態(tài)鋰電池的成本大約在每千瓦時200~300美元，而固態(tài)電池的成本卻高達(dá)1.5萬美元。

“所以要整個供應(yīng)鏈上的企業(yè)都參與其中，固態(tài)鋰電才算離大規(guī)模應(yīng)用不遠(yuǎn)?！焙窦o(jì)資本合伙人賈鳳賀說，相比而言，他認(rèn)為“半固態(tài)電池”的路徑更具備可行性。

今年7月，蔚來汽車官方公布，計(jì)劃在2022年第四季度開始交付150kWh固態(tài)電池，單體能量密度可達(dá)到360Wh/kg。屆時，全新的蔚來ES8續(xù)航可達(dá)到850km，ES6續(xù)航可達(dá)到900km，而ET7更是突破1000km。

（圖源：蔚來官方）

但該電池內(nèi)部仍留有一部分液態(tài)電解質(zhì)，嚴(yán)格上講應(yīng)該叫“半固態(tài)電池”，屬于液態(tài)電池到固態(tài)電池演進(jìn)的一種過渡性產(chǎn)品。而嘗試半固態(tài)電池的，很多是出于快速商業(yè)應(yīng)用的考慮。

蔚來半固態(tài)電池的供應(yīng)商是北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司。衛(wèi)藍(lán)新能源成立于2016年，主要產(chǎn)品包括混合固液電解質(zhì)鋰離子電池與全固態(tài)鋰電池，應(yīng)用于新能源車船、規(guī)模儲能、3C消費(fèi)等領(lǐng)域。該公司是中國科學(xué)院物理研究所清潔能源實(shí)驗(yàn)室固態(tài)電池技術(shù)的唯一產(chǎn)業(yè)化平臺，在北京房山、江蘇溧陽和浙江湖州擁有3大生產(chǎn)基地，并已經(jīng)建設(shè)了一條2GWh的規(guī)模化固液混合固態(tài)動力電池生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)350-360Wh/kg的新能源車用動力電池。正因?yàn)槿绱耍l(wèi)藍(lán)新能源迅速從行業(yè)“新兵”變成了資本寵兒，截至目前共獲得了七輪融資，投資方包括小米長江產(chǎn)業(yè)基金、哈勃投資、蔚來資本、中科院創(chuàng)投、天齊鋰業(yè)、吉利控股、順為資本、IDG資本等。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球已有40多家固態(tài)電池生產(chǎn)商，除了衛(wèi)藍(lán)新能源外，我國的輝能科技、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)布局均比較早，目前已建成至少中試規(guī)模實(shí)驗(yàn)線，并有產(chǎn)品應(yīng)用于無人機(jī)。但綜合來看，他們中多數(shù)都是半固態(tài)電池，只是固態(tài)電池的過渡形式，即使如此，從這些廠商的進(jìn)度來看，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有相當(dāng)長的一段路要走。

曾經(jīng)被認(rèn)為最接近固態(tài)電池量產(chǎn)的豐田汽車也表示，固態(tài)電池至少在2030年才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前豐田的固態(tài)電池還是停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

“寧王”慌不慌？

雖然固態(tài)電池量產(chǎn)困難，但日韓、歐美已經(jīng)有意轉(zhuǎn)換技術(shù)賽道，搶占先機(jī)。

在今年上半年的全球動力電池裝機(jī)量排行榜中，寧德時代、LG新能源、比亞迪位列全球動力電池裝機(jī)排行榜前三甲。中創(chuàng)新航、國軒高科、欣旺達(dá)、蜂巢能源位于7-10位，前十位中有6家企業(yè)屬于中國，億緯鋰能、孚能科技、遠(yuǎn)景能源、多氟多、鵬輝新能源、力神等排位11-20名。可以說，在鋰電池方面中國公司的競爭優(yōu)勢十分明顯。

也正是由于液態(tài)鋰離子電池戰(zhàn)場的失勢，使得美國和日本企業(yè)跳過現(xiàn)有階段，直接在固態(tài)電池賽道擲下重金。

日本為了應(yīng)對中國和韓國電池產(chǎn)業(yè)的崛起，自2017年起舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池，并投入了大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。日本豐田汽車是目前固態(tài)電池技術(shù)最先進(jìn)的汽車公司，擁有數(shù)量最多的專利。一旦固態(tài)電池進(jìn)入商業(yè)量產(chǎn)階段，這些專利將成為打壓對手的“利器”。

因此，雖然中國電池產(chǎn)業(yè)取得暫時優(yōu)勢，但國際競爭壓力巨大。隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，在固態(tài)電池領(lǐng)域或許也會誕生另一個“寧德時代”，或許是日本的豐田汽車，或許是在國內(nèi)堅(jiān)持固態(tài)電池研發(fā)的輝能科技、清陶能源、贛鋒鋰電等企業(yè)。

不過，從固態(tài)電池量產(chǎn)時間來說，寧德時代有足夠的時間和投入去保持住自己的地位。

據(jù)中科院院士歐陽明高預(yù)測，“全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、并對市場格局產(chǎn)生重要影響，仍需十年左右。”2025年是液態(tài)電池向固態(tài)電池過渡的關(guān)鍵期，而2030年應(yīng)該是轉(zhuǎn)向全固態(tài)電池發(fā)展的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。所以，在2030年前，液態(tài)電池及半固態(tài)電池等現(xiàn)有的鋰電技術(shù)仍將占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。也就是說，寧德時代至少有7年多的時間來改變結(jié)果。

作為市占率最高的動力電池企業(yè)，寧德時代從未在技術(shù)上固步自封，其在固態(tài)電池上也有大量專利和布局。2021年5月，寧德時代表示已經(jīng)可以做出固態(tài)電池樣品，并曾在1月公開了兩份關(guān)于固態(tài)電池的專利，分別為“一種固態(tài)電解質(zhì)的制備方法”以及“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法”，同時聲稱固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在逐漸加快。

“寧德時代可以利用自己在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和資金實(shí)力，主導(dǎo)上下游投入到對固態(tài)鋰電相關(guān)材料的研發(fā)生產(chǎn)，從無到有搭建一套完整產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)，這是其他企業(yè)無可比擬的?！辟Z鳳賀說。

每年研發(fā)投入超18%以上的寧德時代，在固態(tài)電池上不會遠(yuǎn)遠(yuǎn)觀望，因?yàn)槟鞘窍乱粋€未來。

本文來自微信公眾號“零碳風(fēng)云”（ID:case-study），作者：大蔚，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。