目前的電動車在消曉君看來,，就是雞肋般的存在,。首先，續(xù)航里程不夠長,，標稱里程還有縮水,；其次，充電時間太長,，充滿要七八個小時；第三,，充電不方便,，充電站分布不能滿足需要。說實話,，我感覺現(xiàn)在的電動車并不是技術(shù)成熟的產(chǎn)品,，只有當電動車的使用方便性不輸于傳統(tǒng)燃油車時，才能讓消費者在滿足正常出行的前提下,，享受電動車帶來的環(huán)保優(yōu)勢,。

隨著新能源市場的不斷擴大，以及各國國家政策的不斷推動,，越來越多的車企投身于新能源汽車以及周邊配套產(chǎn)品的研發(fā)與投入,，這樣將更好地完善產(chǎn)品,，實現(xiàn)讓新能源汽車“替代”傳統(tǒng)燃油車的想法。不少大型車企和專業(yè)電池公司把目光放在了電動車的核心——電池的迭代更新方面,，從而推出更為極致的產(chǎn)品,。

每一次電池性能的顯著提升,，本質(zhì)上都是電池材料體系的重大變革，因為每一類材料體系都有能量密度的上限,。

從第一代的鎳氫電池和錳酸鋰電池,，第二代的磷酸鐵鋰電池，到第三代三元電池,，能量密度和成本分別呈現(xiàn)出階梯式上升和下降的明顯趨勢,。

目前的磷酸鐵鋰電池，單體能量密度大致在120-140瓦時/公斤,，規(guī)?；娜姵貑误w能量密度可以達到130-220瓦時/公斤，實驗室里的三元電池則可以達到300瓦時/公斤,。

受制于架構(gòu)和關(guān)鍵正極材料影響,，現(xiàn)有體系的鋰離子電池能量密度基本上很難突破300瓦時/公斤，很難滿足未來動力電池的需求,。

前不久,，已經(jīng)被我國萬向集團收購的美國菲斯克（Fisker）公司發(fā)布了一條驚人的消息,，稱該公司申請了一項固態(tài)電池專利。據(jù)悉,，菲斯克公司新開發(fā)的固態(tài)電池將具備 3D 立體電極,，能量密度是液態(tài)鋰電池的2.5倍，單次充電時間只需1分鐘,，比加油還要快,，且每次充滿電，能讓電動車行駛超過 804公里的距離,。菲斯克公司聲稱將在2018年1月的美國CES展會上展出該項電池技術(shù),，2023年前有可能量產(chǎn)這種電池。

這則轟動一時的新聞,，把我們關(guān)注新能源汽車發(fā)展的視線拉到了固態(tài)電池之上,。那么，這固態(tài)電池到底是何方神圣呢,？

充放電原理并沒變

一個電池是由電極和電解質(zhì)組成的。一般來說,，電極為金屬導體,，電解質(zhì)為某種液體。顧名思義,，固態(tài)電池使用的是固體電解質(zhì),。

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池又被科學家形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極,，中間為電解質(zhì)（液態(tài)）,。而鋰離子就像優(yōu)秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑,，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中,，電池的充放電過程便完成了。

固態(tài)電池（all solid-state batteries）的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài),，其密度和結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端,，傳導更大的電流，進而提升電池容量,。因此,，同樣電量的固態(tài)電池體積更小。由于沒有電解液,，固態(tài)電池的封存也更加容易,，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,。

五大優(yōu)勢拋離液態(tài)電池

相比于液態(tài)電池,，固態(tài)電池的優(yōu)勢非常明顯：

首先，安全性高,。

液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆,，在充電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路,，造成安全隱患,。而固態(tài)電解質(zhì)不可燃,、無腐蝕、不揮發(fā),、不存在漏液問題,，也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，可以承受切割,、撞擊,、釘刺、擠壓等比較嚴苛的考驗,，很大程度地避免安全隱患,。

其次，能量密度高,。

固態(tài)電池電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長,，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升,，為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術(shù)奠定基礎(chǔ)。目前全固態(tài)電池的能量密度可達400瓦時/公斤以上,，超出傳統(tǒng)鋰電池一倍,。這意味著質(zhì)量體積不變的前提下，這種電池可將手機待機時間,、無人機飛行時間和電動汽車續(xù)駛里程延長一倍,。

第三，可實現(xiàn)柔性化和微型化,。

由于沒有電解液,，全固態(tài)電池的封裝工藝大幅簡化和優(yōu)化,，將大大促進柔性電子產(chǎn)品的開發(fā)。全固態(tài)電池,、柔性顯示技術(shù),、柔性電路板技術(shù)的協(xié)同，將實現(xiàn)電子產(chǎn)品的可任意彎曲,、折疊,。同時，電池的微型化將給半導體工業(yè)等領(lǐng)域帶來一場新的變革,；

第四,，循環(huán)性能強，壽命長。

固態(tài)電解質(zhì)解決了液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中形成的固體電解質(zhì)界面膜的問題和鋰枝晶現(xiàn)象,，大大提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命,，理想情況下循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)異，能夠達到45000次左右,。

第五,，適用范圍更廣泛。

固態(tài)電解質(zhì)的使用,，讓固態(tài)鋰電池具備結(jié)構(gòu)緊湊,、規(guī)模可調(diào),、設(shè)計彈性大等特點,，既可用于驅(qū)動微型電子器件，也可用于動力和儲能領(lǐng)域,。此外,，固態(tài)電池溫度工作范圍也更加寬泛，在-25℃-60℃的溫度范圍內(nèi)均可正常工作,。

商業(yè)化尚需時日

未來電池技術(shù)發(fā)展方向肯定是多元化的,，包括固態(tài)電池、燃料電池,、超級電容,、鋁空氣電池、鎂電池等都有較大的發(fā)展空間,。最終,，誰能成為贏家，要看產(chǎn)品是不是能更快地落地,，也就是在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面達到完美的平衡,。這就要求使用的材料必須不能是高成本且稀有的，而且要在各個行業(yè)和領(lǐng)域都有實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的可能,。

早在2010年,，豐田就曾推出過續(xù)航里程可超過1000公里的固態(tài)電池,。

QuantumScape以及Sakti3等電池創(chuàng)業(yè)公司也一直在試圖用固態(tài)電池來取代傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池。

加拿大Avestor公司也曾嘗試過研發(fā)固態(tài)鋰電池,，最終2006年正式申請破產(chǎn),。Avestor公司使用一種高分子聚合物分離器，代替電池中的液體電解質(zhì),，但一直沒有解決安全問題,，在北美地區(qū)發(fā)生過幾起電池燃燒或者爆炸事件。

Sakti3公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Ann Marie Sastry對外表示，Sakti3公司的固態(tài)電池采用薄膜沉積技術(shù)進行生產(chǎn),，在她看來,，Sakti3生產(chǎn)的固態(tài)電池在安全上已經(jīng)完全可以放心。

從理論的提出時間來看,，固態(tài)電池并不是一個新的概念,，但多年來，研發(fā)上的進展并沒有想象那么快速,。比如我們現(xiàn)在常用的液態(tài)鋰電池,，在上世紀70年代，相關(guān)的理念和實驗認證就在齊頭并進地推進,，但真正大規(guī)模的使用,，已經(jīng)是20世紀末了。

目前的固態(tài)電池還存在著一些難以解決的問題：

首先,，快充還不現(xiàn)實,。

目前固態(tài)電解質(zhì)電導率總體偏低，導致了固態(tài)電池倍率性能整體偏低,，內(nèi)阻較大,，高倍率放電時壓降較大，不能在近期解決電池快充的問題,。另外,，固態(tài)電解質(zhì)的電導率隨著溫度上升有明顯提高，導致全固態(tài)電池最好或者說必須在高一點的溫度下工作,，才能發(fā)揮良好的性能,。最典型的例子就是法國已經(jīng)在運行的3000余輛使用全固態(tài)電池的小型公交車，其全固態(tài)電池工作溫度在60-80℃,。

其次,，成本依然偏高。

現(xiàn)在固態(tài)電池的成本也是個大問題,。液態(tài)鋰電池的成本大約在200-300美元/千瓦時,，如果使用現(xiàn)有技術(shù)制造能夠為智能手機供電的固態(tài)電池，其成本會達到1.5萬美元,，而能為汽車供電的固態(tài)電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元,。Sakti3公司的Ann Marie Sastry曾表示固態(tài)電池生產(chǎn)成本居高不下的一個重要原因在于生產(chǎn)效率低下，而Sakti3最終將會把電池的成本降低至100美元/千瓦時,，不過,，她并沒有給出最終的時間。

第三，技術(shù)不夠成熟,。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn),，從根本上還是取決于材料工藝層面的突破。目前具有潛力的固態(tài)電解質(zhì)材料可以分為聚合物,、硫化物和氧化物,，技術(shù)成熟度較高、技術(shù)沉淀較深的當屬法國Bolloré,、美國Sakti3和日本豐田也分別代表了以聚合物,、氧化物和硫化物三大固態(tài)電解質(zhì)的典型技術(shù)開發(fā)方向。 然而不同的材質(zhì)與不同的排列組合化學性能差異很大,，有的充電速度快,，有的能量密度高，各有所長,，又各有所短,，很難做到一種材料解決所有的問題。

同時化學性質(zhì)不夠穩(wěn)定,、制備工藝不完善等問題的存在也讓固態(tài)電池從實驗室到量產(chǎn)還有相當長的路要走,。

目前有關(guān)固態(tài)電池的專利遠超其它類型電池的綜合。高能量密度全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,，預計將耗時5-10年時間,。部分先進企業(yè)會在2020年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，而真正大面積量產(chǎn)預計會在2025年左右,。

眾人拾柴火焰高

不過,，固態(tài)電池商業(yè)化面臨的艱難險阻并沒有讓世界各地的科研人員放棄，而是讓他們?nèi)σ愿?，共同努力將固態(tài)電池商業(yè)化之路縮短,。

近日,，本田公司和日產(chǎn)汽車公司正在聯(lián)手開發(fā)可延長電動汽車行駛距離，并大幅縮短充電時間的“全固態(tài)電池”,。 雙方希望通過新一代電池克服電動車充電時間長的弱點,，以進一步普及純電動車。

而這也成為全球汽車廠商和電池廠商的共同目標，如果固態(tài)電池可以量產(chǎn)應(yīng)用到電動汽車當中,，那將大大提升電動汽車的續(xù)航里程和動力性能,。但固態(tài)電池的成本會比液態(tài)電池高很多,，因此目前各大車企相繼都在加大投資研發(fā)成本低且能量密度高的固態(tài)電池技術(shù)。

作為固態(tài)電池研發(fā)的領(lǐng)跑者，豐田2010年就推出硫化物固態(tài)電池,，2014年其實驗原型能量密度達到400瓦時/公斤,。在今年7月豐田聲稱已經(jīng)在專利上取得了新進展，2022年就能推出搭載全固態(tài)電池的全新電動汽車,。豐田的固態(tài)電池能量密度是鋰電池的三到四倍，根據(jù)豐田負責材料工程的高管Shigeki Suzuki表示,，豐田將于2020年全面實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化,。

寶馬公司已經(jīng)宣布與美國固態(tài)電池公司Solid Power合作開發(fā)電動汽車的下一代固態(tài)電池。據(jù)介紹,，寶馬公司目前正在探索汽車電池的耐久性等問題,，此次合作后，預計將在2026年之前開始生產(chǎn)新一代固態(tài)電池,。這家公司在鋰電池中混合了高容量的金屬鋰負極,，并打造出了一種全新的固態(tài)電池，在重量相同的情況下,，其電量為傳統(tǒng)鋰電池的2-3倍,。

大眾汽車早在2014年12月，就收購了電池創(chuàng)業(yè)公司QuantumScape約5%的股權(quán),。今年9月,，大眾表示在計劃研發(fā)續(xù)航里程超過1000公里的固態(tài)電池，希望能夠在2025年量產(chǎn),。大眾CEO穆倫強調(diào),，表示大眾將與合作伙伴共同開發(fā)，將在中國,、歐洲和北美尋找,、發(fā)展長期戰(zhàn)略性伙伴。

現(xiàn)代正自主研發(fā)固態(tài)電池,，供旗下電動車使用,，現(xiàn)代目前已建立中試生產(chǎn)設(shè)施。業(yè)內(nèi)人士向透露：“現(xiàn)代正通過南陽研發(fā)中心（Namyang R&D Center）旗下的電池研發(fā)團隊進行固態(tài)電池的研發(fā),，目前已取得一定的技術(shù)水平,。”

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然后與日本著名的GS YUASA(湯淺)電池公司和三菱重工共同建立了新工廠,，主攻固態(tài)陽極鋰離子電池,。

英國家電企業(yè)戴森在2015年以9000萬美元的價格收購了電池公司Sakti3,，創(chuàng)始人Ann Marie Sastry也進入了戴森工作，而固態(tài)電池正是她公司的強項,。最近,，Sakti3官方稱已制造出能量密度達1100瓦時/公斤的固態(tài)電池。美國佛羅里達大學的電池專家,、材料科學教授凱文·瓊斯(KevinJones)認為：如果電池蓄電量能像Sakti3提出的那樣多,，那么電動汽車的購買和使用成本就有可能與普通汽車相同。

法國Bolloré公司生產(chǎn)出的全固態(tài)二次電池（LMP），負極材料采用金屬鋰,，電解質(zhì)采用聚合物（PEO等）薄膜,，目前已經(jīng)批量應(yīng)用在法國的EV共享服務(wù)汽車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus”，總量超過3000輛,。

三星研究所也取得了一定成果,，利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出2000毫安時、175瓦時/公斤的壓層型全固態(tài)二次電池,。

不僅國外科研人員對固態(tài)電池情有獨鐘,，在以新能源車作為趕超世界造車水平捷徑的我國，科研人員也在固態(tài)電池的研發(fā)上做出了驚人的成績,。

作為我國動力電池的龍頭企業(yè),，寧德時代正在加速開發(fā)電動車用全固態(tài)電池的研發(fā),，在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進展，針對材料體系特點和規(guī)?；a(chǎn)的要求,，寧德時代同步開展了全固態(tài)電池制造工藝路線的設(shè)計和探索。

清華大學南策文院士團隊創(chuàng)建的清陶(昆山)能源發(fā)展有限公司也是國內(nèi)較早開展全固態(tài)鋰電池技術(shù)研發(fā)的團隊之一,，是我國首個固態(tài)電池相關(guān)專利技術(shù)的發(fā)明者,。該公司推出了通過陶瓷復合固態(tài)電解質(zhì)打造全固態(tài)鋰電池的技術(shù)，利用該項技術(shù)生產(chǎn)的全固態(tài)電池在實驗室階段能夠達到400兆焦/公斤的能量密度,，比當前主流鋰電池高出了一倍,。

中科院青島生物能源與過程研究所,，在高能量密度固態(tài)電池研究中取得進展，該所開發(fā)出的6安時大容量三元固態(tài)鋰電池,，具有能量密度高,、循環(huán)壽命長、安全性能佳等優(yōu)勢,。2017年初,，該所研發(fā)的固態(tài)鋰電池隨深潛器遠赴馬里亞納海溝進行全海深示范應(yīng)用，這是我國首個自主研發(fā)可應(yīng)用于深潛器的高能量密度,、高性能全固態(tài)鋰電池,。

中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所在聚合物研究已經(jīng)取得一定成績，他們用石墨做負極,，用硫化物復合電解質(zhì),，用鈷酸鋰做正極，開發(fā)出的4安時電池能量密度達到240瓦時/公斤,。如克服了導電不良等問題，電芯技術(shù)關(guān)鍵材料取得突破,，這種固態(tài)電池有望在2019年前后投入商業(yè)化使用,。

我國臺灣輝能科技公司(ProLogium)曾推出一款采用軟性電路板為基材的固態(tài)電池,，其厚度僅有2毫米，相當于口香糖的厚度,，可以隨意折疊彎曲,，展開弄平整再使用。這么一塊看似不起眼的電池,，其容量可以達到1000毫安時,，而一個iPhone 6大小的充電寶，其容量也就在5000毫安時左右,。

從整體來看,，雖然固態(tài)電池的前途光明，但現(xiàn)在的制備技術(shù)成熟度還有待加強,，能形成規(guī)模產(chǎn)能的企業(yè)有限,，技術(shù)規(guī)模化擴產(chǎn)需要克服的困難還有很多,。不過可以預期的是,，隨著研發(fā)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信全固態(tài)電池中的科學和工藝上的問題會逐漸得到緩解,。

在未來幾年,，在全世界眾多科研開發(fā)者的共同努力下,，固態(tài)電池產(chǎn)品的研發(fā)很可能會得到極佳的發(fā)展機遇。一旦這種電池實現(xiàn)商業(yè)化,，被裝備到新能源汽車上,，那么電動車的幾大瓶頸將會得到突破，使用便利性與燃油車不相上下,，到那時,，燃油車的氣數(shù)可就真的要到頭了。