目标1000km续航，宝马福特在固态电池上下重注

　　从蔚来汽车到长城蜂巢，从宁德时代到辉能科技，固态电池已成为动力电池的重要发展方向。面对1000km纯电续航里程的伟大愿景，目前各大车企及供应商都不惜重注投资研发。
　　宁德时代、LG化学、日本松下等电池供应商就甭说了，少不了固态电池的研发项目。近日最新消息显示，宝马和福特两家汽车巨头正在加速固态电池的研发，由SolidPower提供的商业化固态电池，准备在2022年初开始试生产固态电池，并在商品车上进行实际工况测试。今天我们就来聊聊，同样是通过以锂离子为基础的化学储能方式，固态电池为什么能在提高210倍的能量密度基础上，还保障电池安全性。
　　固态VS液态：相同食材，调料决定口味。
　　正负极电解质隔膜，动力电池的基本结构其实都一样。在电池充放电过程中，锂离子（或者其他正电荷离子）在电池内部迁移，而电子则在外部导线通过用电设备，形成电流，从而，灯亮了，车动了，空调也转起来了。
　　固态还是液态本质差异就是电池电解质的特征，这玩意儿是锂离子在正负极迁移的桥梁，要求对锂离子畅通无阻，电子就完全不给过，专业说法是绝缘（否则就短路了）。固态电解质说白了就是硬的、不流动的电解质，不像液态电解质那样会因为锂离子的频繁穿梭以及温度起伏而变态，物理和化学特性都更稳定。
　　用什么样的固态电解质合适呢？总不能随便撒一把石灰进去吧！目前，全固态电池的电解质有硫化物、氧化物、聚合物三种发展方向，都是材料科学经过筛选出来的最佳解决方案，且都有各自优势。（以下内容略硬核，懒得理解可跳过）
　　硫化物电解质就像灰一样，能跟能跟正负极材料超亲密贴合，相当于离子会更宽敞的道路来回跑动，自然效率高，未来最可能的技术路线（日系居多），短板在于，要做这东西的工艺复杂，产能低，良品率低，实验室整点样品还行，工厂大规模生产得亏死。另外，硫化物的空气稳定性差，跟空气接触后会有重污染的问题。目前这种高精尖的玩意儿主要还是一些重点军工航天设备用得比较多，用量小，性能强。
　　氧化物电解质是更纯粹的固态，机械性好，导电率也很高，虽不如硫化物，但导电率也比液态电解质强多了。同样的，因为材料偏硬的特点，所以不太好跟正极活性材料完美接触，锂离子从正极出来没法快速进入电解质，容易形成局部高温，结合部的机械稳定性也偏差，就好比尺寸不匹配的螺丝和螺母，工艺不到位做不到牢固的亲密接触。目前国内企业卫蓝、清陶、辉能都是走的这条路线。
　　宁德时代
　　最后是聚合物电解质，这其实是一种比较中庸的固态电池方案，电解质不是纯粹的固态，有些材料呈现会出的相对稳定的凝胶状态，你简单可以理解为果冻，虽然不硬，但也没有流动性。这种高分子材料相对容易加工，利用现有设备通过改造实现量产，如SANYO的商用产品，但缺点是离子电导率低，能量密度的潜力上不去，且跟液态电解质一样不容易控制热失控问题，机械稳定性和安全性都有待提高。宁德时代目前正在重点攻坚这一技术路线，目前容量为325mAh的聚合物锂金属固态电池能量密度达300Whkg，比现在一流水准的三元锂电池并没有突出的优势。
　　口感：红烧肉，大厨手里出来的就是不一样
　　面对纯电汽车续航、充电、全场景等多维度的诉求，任何动力电池都逃不过能量密度、功率密度、循环寿命、高低温性能、安全性能这五种外在指标，新材料应用，工艺的优化升级，也都是为了提升相关技术指标服务的。
　　液态电池短命的一个重要原因就是电解质，其中最典型的案例就是长时间使用，锂枝晶的生长对电池性能和寿命的影响，就像针扎破气球一样，泄了气的电池就没用了。而固态电池的电解质机械和化学特性均更为稳定，不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发，再加上高度密封的电池包，这会极大提升整个电池组的静态及循环寿命，即，拿针扎砖头，没啥用。
　　普遍认为，固态电池的能量密度能达到当前三元锂电池的210倍，要达到这个高度，固态电池还需解决电解质和正负极高度贴合的问题，给离子建起双向12车道的高速公路，这样能量密度、功率密度才能上得去。与此同时，固态电解质也不像液态那样对温度敏感，普遍能在50200温度保持放电功率，可以极大程度缓解冬天电池容量衰减的问题。
　　冬季是纯电汽车天敌
　　同样因为固态电解质的稳定导电性，固态电池的内在阻值也更小，且并不会随着温度容量剧烈变化，发热量小，不需要高功率的水冷系统，充放电功率低一些的甚至不需要冷却系统。
　　工艺：没有高压锅，拿什么做佛跳墙？
　　理论上，固态电解质相比液态有着更高的发展潜力，但对工艺的要求也是极高的，想要达到全方位领先的数据和指标，要求对电解质进行微米甚至纳米级微观层面的高精度工艺处理，其难度不下于在半导体上刻电路（芯片），成本当然很难下得来。
　　以目前普遍看好，且潜力大的氧化物固态电解质为例，低温压合工艺生产出来的版本导电率只有硫化物的110120，但通过高温烧结工艺处理后，其导电性会大幅提高。而如何把握这种工艺的火候则是一个长期探索的过程。
　　面对电解质和正负极固固结合带来的接触不良问题，也有人提出界面抛光处理、增加特殊涂层等优化方案，这些都是解决导电率的良方，但也会影响工艺以及材料成本，甚至损失能量密度，违背初衷的事儿总让人有些不痛快。
　　实验室和商业化始终存在鸿沟。造一两个不计成本的高水准固态电池，对于任何一间专门做这玩意儿的实验室都不难，不排除航天军工领域一些特殊设备就用来这些玩意儿。难的是如何让这项技术进入生产车间，还要让车企扣除各项成本后有的挣，这才是固态电池面临的最大难点。
　　总结：
　　产业链上游决定了一个行业的发展速度高度，而限制像宁德时代、LG化学这些电池大佬的则是材料科学，真正的科学技术最前沿，相比主机厂（也就是汽车品牌）在产品角度下功夫更能改变一个行业前景与格局。新能源汽车应用固态电池的发展思路已经是这条产业链的共识，且实验室的数据证明其各项指标相比当前液态锂离子电池强得多，基本确认商业化道路是可行的。然而，从实验室和市场永远存在巨大鸿沟，业内普遍认为固态电池全面产业化还需510年，这还是比较乐观的估计。
　　总之，固态电池的商业化不是做慈善，要的是效益，控制工艺成本、提高产能、让产品变得廉价，是任何高新技术走向民用的罩门。