都說固態(tài)電池好，為什么還沒跨過技術(shù)這道坎呢？
來源：未知
2019-04-07 22:10
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固態(tài)技術(shù)承諾比現(xiàn)在任何電池都更便宜，充電速度也更快，但目前沒有人真正找出實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的方法。
要生產(chǎn)出更便宜、更安全、一次充電可行駛800公里的電動(dòng)汽車，說起來容易做起來難，汽車行業(yè)真想造出這樣的車，需要在電池技術(shù)上取得突破才行。
日本、中國和美國的科學(xué)家正努力著，想要找出大幅提高電池儲(chǔ)能能力的方法，使電動(dòng)車的行駛里程達(dá)到與充滿油的傳統(tǒng)車相當(dāng)?shù)乃健?/span>
目前，這一探索集中在固態(tài)技術(shù)上，即對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造，使用固體材料而不是可燃液體來實(shí)現(xiàn)充電和放電。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)。車企表示，鋰離子電池組的存儲(chǔ)能力已經(jīng)達(dá)到極限，可能永遠(yuǎn)無法為跑長途的車輛提供足夠的電力。
拿特斯拉的超級(jí)充電站來說，30分鐘能將一輛耗盡的汽車充電至80%。如果能掌握固態(tài)技術(shù)，將進(jìn)一步加速內(nèi)燃機(jī)汽車的消亡，并有可能將電動(dòng)車的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短至10分鐘左右。
“除了固態(tài)技術(shù)，我們想不到還有什么辦法可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。”福特汽車儲(chǔ)能策略與研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒（TedMiller）說道。
米勒研究過多種增強(qiáng)電動(dòng)車電池能力的技術(shù)，“我現(xiàn)在無法預(yù)測的是，誰會(huì)將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化。”他補(bǔ)充說。
固態(tài)電池使用更小體積電池組為電動(dòng)車提供更多續(xù)航里程
用電動(dòng)車替代燃油車預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的指數(shù)增長，能為公司帶來無比巨大的回報(bào)。
彭博新能源金融（BNEF）最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年，電動(dòng)的公交車和乘用車占了440G瓦時(shí)的鋰離子電池需求。到2030年，這一需求預(yù)計(jì)將激增至每年超過1500G瓦時(shí)。
瑞銀集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，到2025年，電動(dòng)車電池的市場價(jià)值將達(dá)到840億美元左右，而目前的市場價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功之前
在進(jìn)入電動(dòng)車和公用事業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能領(lǐng)域之前，鋰離子技術(shù)幾十年來都是移動(dòng)電話和個(gè)人電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它使用液體電解質(zhì)在正極和負(fù)極之間傳送離子，為電池充電或放電。
而固態(tài)電池，顧名思義，是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料來代替液體的電池產(chǎn)品。這將降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，電池組體積也能變得更小，方便安裝在汽車座椅之下。
研究人員希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極配對(duì)，以提高能量密度。這不僅使電動(dòng)車一次充滿電后可以行駛更長距離，也有助于消除消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的擔(dān)憂，從而提高銷售量。
但是，要實(shí)現(xiàn)這一切，需要解決一系列難題。
現(xiàn)階段的原型產(chǎn)品使用壽命過短，傳導(dǎo)率也低的可憐，并不適用于電動(dòng)車。更不用說，還有過高的制造成本，充放電時(shí)也有可能發(fā)生材料的劇烈膨脹和收縮等不利因素。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心（LIBTEC）常務(wù)理事石黒恭生說：“當(dāng)科學(xué)家解決了一個(gè)問題的同時(shí)，通常會(huì)加劇另一個(gè)問題的影響。”
“在所有的參與者中，似乎每個(gè)人都解決了5項(xiàng)最重要的事情中的1項(xiàng)、2項(xiàng)或3項(xiàng)，但沒有人真正解決所有問題。”菲斯科電動(dòng)汽車公司董事長兼CEO亨里克·菲斯科（HenrikFisker）給出了這樣的解釋。包括豐田、松下和日產(chǎn)在內(nèi)，超過25家公司得到了約9000萬美元政府資金支持，以加快固態(tài)技術(shù)發(fā)展。
中國青島市新能源研究所將在2年內(nèi)對(duì)汽車進(jìn)行試驗(yàn)，并考慮2025年前將其商業(yè)化；中國最大的電池生產(chǎn)商寧德時(shí)代也在其先進(jìn)電池研究中加入了固態(tài)電池。
韓國三星SDI、SK創(chuàng)新和現(xiàn)代汽車都表態(tài)說，正在研究這項(xiàng)技術(shù)；開始造電動(dòng)車的英國戴森公司也把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了固態(tài)電池。
“至于乘用車，我們應(yīng)該會(huì)在2020年代初期看到原型產(chǎn)品。”戴姆勒電池研究負(fù)責(zé)人安德烈亞斯·辛坦納赫（AndreasHintennach）說道。
大眾汽車則計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴QuantumScape開始試生產(chǎn)。
上述公司給出的時(shí)間線也許證明了他們對(duì)此項(xiàng)技術(shù)積極樂觀的態(tài)度。但博爾德總經(jīng)理、行業(yè)顧問薩姆·賈菲（SamJaffe）卻說：“實(shí)際上，想要讓這類電池發(fā)揮作用，各個(gè)公司面臨的將是一個(gè)殘酷的戰(zhàn)場，還沒有一家企業(yè)有獲勝的把握。”
BNEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯（JamesFrith）認(rèn)為，到2020年代末，具備上述所有優(yōu)勢的固態(tài)電池才會(huì)面市，即便如此，其定價(jià)仍有可能偏高。
至于特斯拉，這家公司稱經(jīng)常與開發(fā)人員交談，并對(duì)電池原型進(jìn)行評(píng)估，但目前還沒有發(fā)現(xiàn)比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的技術(shù)。
它的ModelS一次充電可以行駛約539公里，“我們已經(jīng)盡了最大的努力，如果有更好的技術(shù)，公司愿意去嘗試，只是我們目前還沒有發(fā)現(xiàn)更優(yōu)選擇。”特斯拉CTO斯特勞貝爾（JBStraubel）在一次年度會(huì)議上說道。
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)技術(shù)，盡管“在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前還有許多障礙”。
豐田的潛力和它的對(duì)手
綜合競爭對(duì)手能力、公司制造能力和專利數(shù)據(jù)，取得突破的最大希望也許落在了豐田的肩上。
過去10年里，豐田派出多達(dá)200名員工研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，主要是在靠近富士山的東富士研究所進(jìn)行。
這家亞洲最大的車企擁有至少233項(xiàng)與固態(tài)技術(shù)相關(guān)的專利或申請，彭博分析稱，其數(shù)量超過競爭對(duì)手近3倍。
豐田在使用固態(tài)電池為數(shù)字時(shí)鐘、兩輪滑板車和傳送帶供電方面取得了進(jìn)展，然后又在單座低速車COMS的改進(jìn)型中測試了這項(xiàng)技術(shù)。
“對(duì)研究人員來說，這款車更像是一種激勵(lì)，而不僅僅是一種交通工具。”LIBTEC的石黒恭生說道。
不僅如此，根據(jù)豐田2018年10月發(fā)布的年度報(bào)告，該公司將在電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬億日元（合139億美元），并計(jì)劃2020年代初期將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化。
福特汽車稱，由于許多現(xiàn)有電動(dòng)車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要競爭對(duì)手可能是一批美國初創(chuàng)企業(yè)。
考慮到這種可能性，2018年，大眾投入1億美元增持了其在QuantumScape的股份。QuantumScape由斯坦福大學(xué)前研究人員創(chuàng)立，總部位于加州圣何塞。
[都說固態(tài)電池好為何還沒跨過技術(shù)這道坎]
總部位于馬薩諸塞州沃本的Ionic材料公司則有著SunMicrosystems聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊（BillJoy），以及雷諾、日產(chǎn)和三菱汽車組成的風(fēng)險(xiǎn)投資基金支持。
從麻省理工學(xué)院分離出來的SolidEnergy公司CEO胡啟朝透露，他們預(yù)計(jì)2022年開始電動(dòng)車測試工作。
自2017年12月起，電池公司SolidPower與寶馬建立了開發(fā)合作關(guān)系。
“實(shí)話是，多種難題等著我們?nèi)ソ鉀Q，但我有信心，因?yàn)闆]有一個(gè)難題是只能等著奇跡發(fā)生。”
SolidPowerCEO道格·坎貝爾（DougCampbell）給出了這樣的回答，他對(duì)固態(tài)技術(shù)在汽車上的商業(yè)可行性充滿信心，但他也說：“可能還要再等5到10年才能實(shí)現(xiàn)。”據(jù)瑞銀集團(tuán)的數(shù)據(jù)顯示，任何擁有能夠超越鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人，都可能在2025年之前價(jià)值約840億美元的所有電動(dòng)汽車電池市場占據(jù)上風(fēng)，而其目前的價(jià)值約為230億美元。
1月8日消息，據(jù)外媒報(bào)道，為了提供一種更便宜、更安全、充滿電就能行駛800公里的電動(dòng)汽車，汽車行業(yè)需要在電池技術(shù)方面取得突破。不過，要想取得這種突破，往往說起來容易做起來難。
中國、日本以及美國的科學(xué)家都在努力尋找顯著提高電池電量儲(chǔ)存能力的方式，并使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程與加滿油差不多，而這就需要固態(tài)電池技術(shù)的幫助。這種技術(shù)需要對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行大改造，使用固體材料而不是易燃液體來實(shí)現(xiàn)充電和放電目的。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)的情況下取得突破。許多汽車制造商表示，鋰離子電池正在達(dá)到其存儲(chǔ)電力的極限，可能永遠(yuǎn)不會(huì)有足夠的電力供遠(yuǎn)程車型使用。
如果能夠取得成功，固態(tài)電池技術(shù)可以幫助內(nèi)燃機(jī)汽車加速消亡，并有可能將電動(dòng)汽車的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)減少到大約10分鐘。由特斯拉（Tesla）公司建造的超級(jí)充電樁網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在提供較快的充電服務(wù)，但依然需要大約30分鐘時(shí)間才能使耗盡電量的汽車充電量達(dá)到80%。
福特（Ford）汽車公司駐底特律的儲(chǔ)能戰(zhàn)略和研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒(TedMiller)表示：“如果沒有固態(tài)電池技術(shù)，我們找不到其他實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。我現(xiàn)在無法預(yù)測到底誰會(huì)把它商業(yè)化。”福特公司研究了各種技術(shù)，旨在提供更強(qiáng)大的電動(dòng)汽車電池。
目前，使用固態(tài)電池的最好原型車僅足以推動(dòng)單人汽車駛過日本富士山附近的豐田（Toyota）汽車公司停車場。戴姆勒（DaimlerAG）公司和菲斯克（Fisker）公司等汽車制造商、中國鋰工業(yè)巨頭、法國道達(dá)爾石油（TotalSA）公司以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的子公司，都在努力完成這項(xiàng)任務(wù)。
菲斯克最早可能在今年對(duì)其電池進(jìn)行汽車測試，而豐田和戴姆勒的測試時(shí)限則延長至2020年代。
這場賭注很大。電動(dòng)汽車的采用預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的迅猛增長，鋰離子電池是內(nèi)燃機(jī)的主要替代品。來自BloombergNEF的最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年電動(dòng)巴士和乘用車所用鋰離子電池高達(dá)44千兆瓦時(shí)。預(yù)計(jì)到2030年，這一需求將飆升至每年1500千兆瓦時(shí)以上。
據(jù)瑞銀集團(tuán)(UBSGroupAG)的數(shù)據(jù)顯示，任何擁有能夠超越鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人，都可能在2025年之前價(jià)值約840億美元的所有電動(dòng)汽車電池市場占據(jù)上風(fēng)，而其目前的價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功所需支持
鋰離子電池技術(shù)是手機(jī)和個(gè)人電子領(lǐng)域幾十年來使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，正在進(jìn)入電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域，它使用液體電解質(zhì)在陽極和陰極之間穿梭離子，為電池充電或放電。而固體電池，顧名思義，就是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料代替液體。
這應(yīng)該會(huì)降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，并讓電池變得更薄、更小，以便可以放在汽車座椅下面。研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極匹配，以提高能量密度，并使電動(dòng)汽車進(jìn)行更長距離的旅行時(shí)能夠無需停下來充電。這可能有助于消除消費(fèi)者對(duì)中途電力耗盡的擔(dān)憂，從而刺激銷售。
要做到這些，需要解決一系列難題。原型車目前的電池續(xù)航里程對(duì)于汽車來說太短了，而且在充電或放電時(shí)，電池的導(dǎo)電性差，成本效益低，材料有時(shí)會(huì)急劇膨脹和收縮。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心(LIBTEC)董事總經(jīng)理石黑浩(YasuoIShihero)說，而當(dāng)科學(xué)家解決其中一個(gè)問題時(shí)，往往又會(huì)加劇另一個(gè)問題。包括豐田、松下(Panasonic)以及日產(chǎn)(Nissan)在內(nèi)的25家公司組成的聯(lián)盟，得到了政府約9000萬美元的資金支持，以加快研發(fā)進(jìn)度。
菲斯克董事長兼首席執(zhí)行官亨里克·菲斯克(HenrikFisker)表示：“在所有的參與者中，似乎每個(gè)人都解決了五件最重要的事情中的一件或兩件或三件，但沒有人真正解決所有問題。”
中國青島新能源研究院將在兩年內(nèi)進(jìn)行固態(tài)電池汽車試驗(yàn)，并考慮到2025年將其商業(yè)化。中國最大的電池生產(chǎn)商——ContemporaryAmperex科技有限公司，將固態(tài)電池技術(shù)納入其先進(jìn)電池研究范疇。
韓國三星SDI公司，SK創(chuàng)新公司以及現(xiàn)代汽車公司表示，他們也在研究這項(xiàng)技術(shù)?？偛课挥谟募译娭圃焐檀魃邢薰?Dyson)也在研究這項(xiàng)技術(shù)，該公司當(dāng)前的目標(biāo)是電動(dòng)汽車。
戴姆勒(Daimler)在德國斯圖加特的電池研究主管安德烈亞斯·赫恩納赫(AndreasHintennach)表示：“對(duì)于乘用車來說，我們應(yīng)該在本世紀(jì)20年代初看到原型。”上個(gè)月，包括梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)在內(nèi)的品牌背后的汽車制造商同意，到2030年，將訂購230億美元的當(dāng)代鋰離子電池。
大眾汽車公司(VolkswagenAG)計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴Quantumscape公司開始試生產(chǎn)。這些時(shí)間表可能證明是樂觀的。
行業(yè)顧問、科羅拉多州博爾德能源研究顧問公司(BoulderEnergyResearchAdvisors)董事總經(jīng)理薩姆·賈菲(SamJaffe)表示：“實(shí)際上，這是個(gè)殘酷的戰(zhàn)場，每個(gè)人都在努力讓這些電池發(fā)揮作用，但目前還沒有人接近這個(gè)目標(biāo)。”
BNEF駐倫敦的分析師詹姆斯·弗里斯(JamesFrith)表示，要到本世紀(jì)20年代末，具備所有承諾優(yōu)勢的固態(tài)電池才能上市。即便到那時(shí)，它們的價(jià)格仍可能非常高昂。
特斯拉表示，該公司經(jīng)常與開發(fā)商交談，并審查電池原型，但還沒有看到任何比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的電池技術(shù)。特斯拉ModelS充滿電后可以行駛539公里。特斯拉首席技術(shù)官斯特勞貝爾（JBStraubel）曾表示：“我們已經(jīng)盡了最大的努力，我們洗耳恭聽，我們很想找到它，但我們還沒有成功。”
特斯拉的供應(yīng)商松下表示，該公司仍在繼續(xù)研究固態(tài)電池技術(shù)，但“商業(yè)化仍有許多障礙”。
豐田的突破潛力
據(jù)競爭對(duì)手、學(xué)者和專利數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)突破的最大希望在于豐田。
據(jù)BloombergLaw分析，這家亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項(xiàng)與固態(tài)電池技術(shù)有關(guān)的專利或申請，幾乎是其最接近競爭對(duì)手的三倍。豐田在2018年10月份發(fā)布的年度報(bào)告顯示，該公司將在電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬億日元(合139億美元)，并計(jì)劃在本世紀(jì)20年代初將固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化。
在過去十年中，豐田已經(jīng)部署了多達(dá)200名員工，主要是在富士山附近的東橋-富士研究中心進(jìn)行研發(fā)。該公司在使用固態(tài)電池為數(shù)字時(shí)鐘、兩輪踏板車以及傳送帶提供動(dòng)力方面取得了很大進(jìn)展，然后在其單座低速型汽車COMS的改裝版上測試了這項(xiàng)技術(shù)。
LIBTEC的前豐田經(jīng)理石黑浩說，這款車對(duì)研究人員來說更像是一種激勵(lì)，而不是一種交通方式。
福特公司的米勒表示，由于許多現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是一批美國初創(chuàng)企業(yè)?？紤]到這種可能性，大眾去年斥資1億美元收購了
福特(Ford)的米勒表示，由于許多現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是一批美國初創(chuàng)企業(yè)?？紤]到這種可能性，大眾去年斥資1億美元增持了Quantumscape的股份。Quantumscape是由前斯坦福大學(xué)研究人員創(chuàng)建的，總部位于加州圣何塞(SanJose)。
總部位于美國馬薩諸塞州沃本(Woburn)的IonicMaterial公司表示，SunMicrosystems聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊(BillJoy)和由汽車制造商雷諾(RenaultSA)、日產(chǎn)以及三菱(Mitsubishi)公司組成的風(fēng)險(xiǎn)投資基金都是其支持者。
2018年10月在日本大阪舉行的一次論壇上，麻省理工學(xué)院剝離的子公司SolidEnergySystems公司首席執(zhí)行官胡啟超（音譯）表示，預(yù)計(jì)將在2021年后開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行固態(tài)電池試驗(yàn)。SolidPower是總部位于科羅拉多州路易斯維爾的電池公司，自2017年12月以來始終與寶馬汽車公司(BMWAG)建立開發(fā)伙伴關(guān)系。其首席執(zhí)行官道格·坎貝爾(DougCampbell)表示，他相信固態(tài)電池技術(shù)將在汽車領(lǐng)域具有商業(yè)可行性，但可能不需再等五到十年了。
坎貝爾說：“我不會(huì)說我們前面沒有挑戰(zhàn)。但我有信心，這些挑戰(zhàn)不需要出現(xiàn)奇跡就能克服。”
要生產(chǎn)出更便宜、更安全、一次充電可行駛800公里的電動(dòng)汽車，說起來容易做起來難，汽車行業(yè)真想造出這樣的車，需要在電池技術(shù)上取得突破才行。
日本、中國和美國的科學(xué)家正努力著，想要找出大幅提高電池儲(chǔ)能能力的方法，使電動(dòng)車的行駛里程達(dá)到與充滿油的傳統(tǒng)車相當(dāng)?shù)乃健?/span>
目前，這一探索集中在固態(tài)技術(shù)上，即對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造，使用固體材料而不是可燃液體來實(shí)現(xiàn)充電和放電。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)。車企表示，鋰離子電池組的存儲(chǔ)能力已經(jīng)達(dá)到極限，可能永遠(yuǎn)無法為跑長途的車輛提供足夠的電力。
拿特斯拉的超級(jí)充電站來說，30分鐘能將一輛耗盡的汽車充電至80%。如果能掌握固態(tài)技術(shù)，將進(jìn)一步加速內(nèi)燃機(jī)汽車的消亡，并有可能將電動(dòng)車的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短至10分鐘左右。
“除了固態(tài)技術(shù)，我們想不到還有什么辦法可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。”福特汽車儲(chǔ)能策略與研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒（TedMiller）說道。
米勒研究過多種增強(qiáng)電動(dòng)車電池能力的技術(shù)，“我現(xiàn)在無法預(yù)測的是，誰會(huì)將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化。”他補(bǔ)充說。
固態(tài)電池使用更小體積電池組為電動(dòng)車提供更多續(xù)航里程
用電動(dòng)車替代燃油車預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的指數(shù)增長，能為公司帶來無比巨大的回報(bào)。
彭博新能源金融（BNEF）最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年，電動(dòng)的公交車和乘用車占了440G瓦時(shí)的鋰離子電池需求。到2030年，這一需求預(yù)計(jì)將激增至每年超過1500G瓦時(shí)。
瑞銀集團(tuán)數(shù)據(jù)顯示，到2025年，電動(dòng)車電池的市場價(jià)值將達(dá)到840億美元左右，而目前的市場價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功之前
在進(jìn)入電動(dòng)車和公用事業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能領(lǐng)域之前，鋰離子技術(shù)幾十年來都是移動(dòng)電話和個(gè)人電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它使用液體電解質(zhì)在正極和負(fù)極之間傳送離子，為電池充電或放電。
而固態(tài)電池，顧名思義，是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料來代替液體的電池產(chǎn)品。這將降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，電池組體積也能變得更小，方便安裝在汽車座椅之下。
研究人員希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極配對(duì)，以提高能量密度。這不僅使電動(dòng)車一次充滿電后可以行駛更長距離，也有助于消除消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的擔(dān)憂，從而提高銷售量。
但是，要實(shí)現(xiàn)這一切，需要解決一系列難題。
現(xiàn)階段的原型產(chǎn)品使用壽命過短，傳導(dǎo)率也低的可憐，并不適用于電動(dòng)車。更不用說，還有過高的制造成本，充放電時(shí)也有可能發(fā)生材料的劇烈膨脹和收縮等不利因素。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心（LIBTEC）常務(wù)理事石黒恭生說：“當(dāng)科學(xué)家解決了一個(gè)問題的同時(shí)，通常會(huì)加劇另一個(gè)問題的影響。”
“在所有的參與者中，似乎每個(gè)人都解決了5項(xiàng)最重要的事情中的1項(xiàng)、2項(xiàng)或3項(xiàng)，但沒有人真正解決所有問題。”菲斯科電動(dòng)汽車公司董事長兼CEO亨里克·菲斯科（HenrikFisker）給出了這樣的解釋。包括豐田、松下和日產(chǎn)在內(nèi)，超過25家公司得到了約9000萬美元政府資金支持，以加快固態(tài)技術(shù)發(fā)展。
中國青島市新能源研究所將在2年內(nèi)對(duì)汽車進(jìn)行試驗(yàn)，并考慮2025年前將其商業(yè)化；中國最大的電池生產(chǎn)商寧德時(shí)代也在其先進(jìn)電池研究中加入了固態(tài)電池。
韓國三星SDI、SK創(chuàng)新和現(xiàn)代汽車都表態(tài)說，正在研究這項(xiàng)技術(shù)；開始造電動(dòng)車的英國戴森公司也把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了固態(tài)電池。
“至于乘用車，我們應(yīng)該會(huì)在2020年代初期看到原型產(chǎn)品。”戴姆勒電池研究負(fù)責(zé)人安德烈亞斯·辛坦納赫（AndreasHintennach）說道。
大眾汽車則計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴QuantumScape開始試生產(chǎn)。
上述公司給出的時(shí)間線也許證明了他們對(duì)此項(xiàng)技術(shù)積極樂觀的態(tài)度。但博爾德總經(jīng)理、行業(yè)顧問薩姆·賈菲（SamJaffe）卻說：“實(shí)際上，想要讓這類電池發(fā)揮作用，各個(gè)公司面臨的將是一個(gè)殘酷的戰(zhàn)場，還沒有一家企業(yè)有獲勝的把握。”
BNEF駐倫敦分析師詹姆斯·弗里斯（JamesFrith）認(rèn)為，到2020年代末，具備上述所有優(yōu)勢的固態(tài)電池才會(huì)面市，即便如此，其定價(jià)仍有可能偏高。
至于特斯拉，這家公司稱經(jīng)常與開發(fā)人員交談，并對(duì)電池原型進(jìn)行評(píng)估，但目前還沒有發(fā)現(xiàn)比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的技術(shù)。
它的ModelS一次充電可以行駛約539公里，“我們已經(jīng)盡了最大的努力，如果有更好的技術(shù)，公司愿意去嘗試，只是我們目前還沒有發(fā)現(xiàn)更優(yōu)選擇。”特斯拉CTO斯特勞貝爾（JBStraubel）在一次年度會(huì)議上說道。
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)技術(shù)，盡管“在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前還有許多障礙”。
豐田的潛力和它的對(duì)手
綜合競爭對(duì)手能力、公司制造能力和專利數(shù)據(jù)，取得突破的最大希望也許落在了豐田的肩上。
過去10年里，豐田派出多達(dá)200名員工研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，主要是在靠近富士山的東富士研究所進(jìn)行。
這家亞洲最大的車企擁有至少233項(xiàng)與固態(tài)技術(shù)相關(guān)的專利或申請，彭博分析稱，其數(shù)量超過競爭對(duì)手近3倍。
豐田在使用固態(tài)電池為數(shù)字時(shí)鐘、兩輪滑板車和傳送帶供電方面取得了進(jìn)展，然后又在單座低速車COMS的改進(jìn)型中測試了這項(xiàng)技術(shù)。
“對(duì)研究人員來說，這款車更像是一種激勵(lì)，而不僅僅是一種交通工具。”LIBTEC的石黒恭生說道。
不僅如此，根據(jù)豐田2018年10月發(fā)布的年度報(bào)告，該公司將在電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬億日元（合139億美元），并計(jì)劃2020年代初期將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化。
福特汽車稱，由于許多現(xiàn)有電動(dòng)車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要競爭對(duì)手可能是一批美國初創(chuàng)企業(yè)。
考慮到這種可能性，2018年，大眾投入1億美元增持了其在QuantumScape的股份。QuantumScape由斯坦福大學(xué)前研究人員創(chuàng)立，總部位于加州圣何塞。
[都說固態(tài)電池好為何還沒跨過技術(shù)這道坎]
總部位于馬薩諸塞州沃本的Ionic材料公司則有著SunMicrosystems聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊（BillJoy），以及雷諾、日產(chǎn)和三菱汽車組成的風(fēng)險(xiǎn)投資基金支持。
從麻省理工學(xué)院分離出來的SolidEnergy公司CEO胡啟朝透露，他們預(yù)計(jì)2022年開始電動(dòng)車測試工作。
自2017年12月起，電池公司SolidPower與寶馬建立了開發(fā)合作關(guān)系。
“實(shí)話是，多種難題等著我們?nèi)ソ鉀Q，但我有信心，因?yàn)闆]有一個(gè)難題是只能等著奇跡發(fā)生。”
SolidPowerCEO道格·坎貝爾（DougCampbell）給出了這樣的回答，他對(duì)固態(tài)技術(shù)在汽車上的商業(yè)可行性充滿信心，但他也說：“可能還要再等5到10年才能實(shí)現(xiàn)。”據(jù)瑞銀集團(tuán)的數(shù)據(jù)顯示，任何擁有能夠超越鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人，都可能在2025年之前價(jià)值約840億美元的所有電動(dòng)汽車電池市場占據(jù)上風(fēng)，而其目前的價(jià)值約為230億美元。
1月8日消息，據(jù)外媒報(bào)道，為了提供一種更便宜、更安全、充滿電就能行駛800公里的電動(dòng)汽車，汽車行業(yè)需要在電池技術(shù)方面取得突破。不過，要想取得這種突破，往往說起來容易做起來難。
中國、日本以及美國的科學(xué)家都在努力尋找顯著提高電池電量儲(chǔ)存能力的方式，并使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程與加滿油差不多，而這就需要固態(tài)電池技術(shù)的幫助。這種技術(shù)需要對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行大改造，使用固體材料而不是易燃液體來實(shí)現(xiàn)充電和放電目的。
這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)的情況下取得突破。許多汽車制造商表示，鋰離子電池正在達(dá)到其存儲(chǔ)電力的極限，可能永遠(yuǎn)不會(huì)有足夠的電力供遠(yuǎn)程車型使用。
如果能夠取得成功，固態(tài)電池技術(shù)可以幫助內(nèi)燃機(jī)汽車加速消亡，并有可能將電動(dòng)汽車的充電時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)減少到大約10分鐘。由特斯拉（Tesla）公司建造的超級(jí)充電樁網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在提供較快的充電服務(wù)，但依然需要大約30分鐘時(shí)間才能使耗盡電量的汽車充電量達(dá)到80%。
福特（Ford）汽車公司駐底特律的儲(chǔ)能戰(zhàn)略和研究高級(jí)經(jīng)理泰德·米勒(TedMiller)表示：“如果沒有固態(tài)電池技術(shù)，我們找不到其他實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。我現(xiàn)在無法預(yù)測到底誰會(huì)把它商業(yè)化。”福特公司研究了各種技術(shù)，旨在提供更強(qiáng)大的電動(dòng)汽車電池。
目前，使用固態(tài)電池的最好原型車僅足以推動(dòng)單人汽車駛過日本富士山附近的豐田（Toyota）汽車公司停車場。戴姆勒（DaimlerAG）公司和菲斯克（Fisker）公司等汽車制造商、中國鋰工業(yè)巨頭、法國道達(dá)爾石油（TotalSA）公司以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的子公司，都在努力完成這項(xiàng)任務(wù)。
菲斯克最早可能在今年對(duì)其電池進(jìn)行汽車測試，而豐田和戴姆勒的測試時(shí)限則延長至2020年代。
這場賭注很大。電動(dòng)汽車的采用預(yù)計(jì)將推動(dòng)鋰離子電池的迅猛增長，鋰離子電池是內(nèi)燃機(jī)的主要替代品。來自BloombergNEF的最新報(bào)告發(fā)現(xiàn)，2017年電動(dòng)巴士和乘用車所用鋰離子電池高達(dá)44千兆瓦時(shí)。預(yù)計(jì)到2030年，這一需求將飆升至每年1500千兆瓦時(shí)以上。
據(jù)瑞銀集團(tuán)(UBSGroupAG)的數(shù)據(jù)顯示，任何擁有能夠超越鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人，都可能在2025年之前價(jià)值約840億美元的所有電動(dòng)汽車電池市場占據(jù)上風(fēng)，而其目前的價(jià)值約為230億美元。
固態(tài)電池成功所需支持
鋰離子電池技術(shù)是手機(jī)和個(gè)人電子領(lǐng)域幾十年來使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，正在進(jìn)入電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域，它使用液體電解質(zhì)在陽極和陰極之間穿梭離子，為電池充電或放電。而固體電池，顧名思義，就是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料代替液體。
這應(yīng)該會(huì)降低電池起火的風(fēng)險(xiǎn)，并讓電池變得更薄、更小，以便可以放在汽車座椅下面。研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極匹配，以提高能量密度，并使電動(dòng)汽車進(jìn)行更長距離的旅行時(shí)能夠無需停下來充電。這可能有助于消除消費(fèi)者對(duì)中途電力耗盡的擔(dān)憂，從而刺激銷售。
要做到這些，需要解決一系列難題。原型車目前的電池續(xù)航里程對(duì)于汽車來說太短了，而且在充電或放電時(shí)，電池的導(dǎo)電性差，成本效益低，材料有時(shí)會(huì)急劇膨脹和收縮。
日本鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心(LIBTEC)董事總經(jīng)理石黑浩(YasuoIShihero)說，而當(dāng)科學(xué)家解決其中一個(gè)問題時(shí)，往往又會(huì)加劇另一個(gè)問題。包括豐田、松下(Panasonic)以及日產(chǎn)(Nissan)在內(nèi)的25家公司組成的聯(lián)盟，得到了政府約9000萬美元的資金支持，以加快研發(fā)進(jìn)度。
菲斯克董事長兼首席執(zhí)行官亨里克·菲斯克(HenrikFisker)表示：“在所有的參與者中，似乎每個(gè)人都解決了五件最重要的事情中的一件或兩件或三件，但沒有人真正解決所有問題。”
中國青島新能源研究院將在兩年內(nèi)進(jìn)行固態(tài)電池汽車試驗(yàn)，并考慮到2025年將其商業(yè)化。中國最大的電池生產(chǎn)商——ContemporaryAmperex科技有限公司，將固態(tài)電池技術(shù)納入其先進(jìn)電池研究范疇。
韓國三星SDI公司，SK創(chuàng)新公司以及現(xiàn)代汽車公司表示，他們也在研究這項(xiàng)技術(shù)?？偛课挥谟募译娭圃焐檀魃邢薰?Dyson)也在研究這項(xiàng)技術(shù)，該公司當(dāng)前的目標(biāo)是電動(dòng)汽車。
戴姆勒(Daimler)在德國斯圖加特的電池研究主管安德烈亞斯·赫恩納赫(AndreasHintennach)表示：“對(duì)于乘用車來說，我們應(yīng)該在本世紀(jì)20年代初看到原型。”上個(gè)月，包括梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)在內(nèi)的品牌背后的汽車制造商同意，到2030年，將訂購230億美元的當(dāng)代鋰離子電池。
大眾汽車公司(VolkswagenAG)計(jì)劃最早于2022年與合作伙伴Quantumscape公司開始試生產(chǎn)。這些時(shí)間表可能證明是樂觀的。
行業(yè)顧問、科羅拉多州博爾德能源研究顧問公司(BoulderEnergyResearchAdvisors)董事總經(jīng)理薩姆·賈菲(SamJaffe)表示：“實(shí)際上，這是個(gè)殘酷的戰(zhàn)場，每個(gè)人都在努力讓這些電池發(fā)揮作用，但目前還沒有人接近這個(gè)目標(biāo)。”
BNEF駐倫敦的分析師詹姆斯·弗里斯(JamesFrith)表示，要到本世紀(jì)20年代末，具備所有承諾優(yōu)勢的固態(tài)電池才能上市。即便到那時(shí)，它們的價(jià)格仍可能非常高昂。
特斯拉表示，該公司經(jīng)常與開發(fā)商交談，并審查電池原型，但還沒有看到任何比現(xiàn)有鋰離子電池組更好的電池技術(shù)。特斯拉ModelS充滿電后可以行駛539公里。特斯拉首席技術(shù)官斯特勞貝爾（JBStraubel）曾表示：“我們已經(jīng)盡了最大的努力，我們洗耳恭聽，我們很想找到它，但我們還沒有成功。”
特斯拉的供應(yīng)商松下表示，該公司仍在繼續(xù)研究固態(tài)電池技術(shù)，但“商業(yè)化仍有許多障礙”。
豐田的突破潛力
據(jù)競爭對(duì)手、學(xué)者和專利數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)突破的最大希望在于豐田。
據(jù)BloombergLaw分析，這家亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項(xiàng)與固態(tài)電池技術(shù)有關(guān)的專利或申請，幾乎是其最接近競爭對(duì)手的三倍。豐田在2018年10月份發(fā)布的年度報(bào)告顯示，該公司將在電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬億日元(合139億美元)，并計(jì)劃在本世紀(jì)20年代初將固態(tài)電池技術(shù)商業(yè)化。
在過去十年中，豐田已經(jīng)部署了多達(dá)200名員工，主要是在富士山附近的東橋-富士研究中心進(jìn)行研發(fā)。該公司在使用固態(tài)電池為數(shù)字時(shí)鐘、兩輪踏板車以及傳送帶提供動(dòng)力方面取得了很大進(jìn)展，然后在其單座低速型汽車COMS的改裝版上測試了這項(xiàng)技術(shù)。
LIBTEC的前豐田經(jīng)理石黑浩說，這款車對(duì)研究人員來說更像是一種激勵(lì)，而不是一種交通方式。
福特公司的米勒表示，由于許多現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是一批美國初創(chuàng)企業(yè)?？紤]到這種可能性，大眾去年斥資1億美元收購了
福特(Ford)的米勒表示，由于許多現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池制造商專注于提高產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是一批美國初創(chuàng)企業(yè)?？紤]到這種可能性，大眾去年斥資1億美元增持了Quantumscape的股份。Quantumscape是由前斯坦福大學(xué)研究人員創(chuàng)建的，總部位于加州圣何塞(SanJose)。
總部位于美國馬薩諸塞州沃本(Woburn)的IonicMaterial公司表示，SunMicrosystems聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·喬伊(BillJoy)和由汽車制造商雷諾(RenaultSA)、日產(chǎn)以及三菱(Mitsubishi)公司組成的風(fēng)險(xiǎn)投資基金都是其支持者。
2018年10月在日本大阪舉行的一次論壇上，麻省理工學(xué)院剝離的子公司SolidEnergySystems公司首席執(zhí)行官胡啟超（音譯）表示，預(yù)計(jì)將在2021年后開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行固態(tài)電池試驗(yàn)。SolidPower是總部位于科羅拉多州路易斯維爾的電池公司，自2017年12月以來始終與寶馬汽車公司(BMWAG)建立開發(fā)伙伴關(guān)系。其首席執(zhí)行官道格·坎貝爾(DougCampbell)表示，他相信固態(tài)電池技術(shù)將在汽車領(lǐng)域具有商業(yè)可行性，但可能不需再等五到十年了。
坎貝爾說：“我不會(huì)說我們前面沒有挑戰(zhàn)。但我有信心，這些挑戰(zhàn)不需要出現(xiàn)奇跡就能克服。”
