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“固態(tài)電池普及之日，就是燃油車退出歷史舞臺之時?！?/p>
這是多年前流傳于新能源行業(yè)的一句話。大眾汽車電芯中心負(fù)責(zé)人弗蘭克·布洛梅甚至將固態(tài)電池稱為鋰離子電池的“最終篇章”，和可控核聚變民用化之前的能源設(shè)備終點。
仿佛誰能率先造出固態(tài)電池并實現(xiàn)其大規(guī)模商業(yè)化，誰就將獲得鋰電技術(shù)的“圣杯”，成為能量魔方的解密者，和全球新能源行業(yè)的霸主。
正是在這樣的背景下，全球新能源從業(yè)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(chuàng)業(yè)公司，豐田、日產(chǎn)、松下等日本汽車和化工巨頭，以及一些中國電化學(xué)材料方面的企業(yè)，紛紛加入了領(lǐng)域內(nèi)的較量。
QuantumScape（簡稱QS）是其中的代表性企業(yè)，其背后的投資者也是陣容強大，包括大眾汽車集團和比爾·蓋茨。QS也不負(fù)眾望，在2020年上市前，QS已經(jīng)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(huán)1000次后還可以保持初始儲能量的90%。同時QS宣布他們已與大眾合作啟動生產(chǎn)線的建設(shè)，預(yù)計在2025年可投產(chǎn)。這顆衛(wèi)星直接把QS的股價推高了10倍。
然而，狂歡之后，越來越多的人提出質(zhì)疑，畢竟單層電池距離實際應(yīng)用還非常遙遠(yuǎn)，即便技術(shù)問題解決了，能否商用化也成問題。
QuantumScape 采用的無機氧化物固態(tài)電解質(zhì)層，重量是傳統(tǒng)鋰電隔膜的10倍以上，由于固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)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(cè)添加不少于20%質(zhì)量的氧化物提供離子電導(dǎo)。
這些非活性物質(zhì)的增加，使得電池的能量密度降低，有行業(yè)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(tǒng)鋰電高端產(chǎn)品水平拉開差距，想要達到固態(tài)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(rèn)為固態(tài)電池是因為固態(tài)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(guān)鍵在于使用硅或者鋰金屬負(fù)極。這兩種負(fù)極也正在用于液態(tài)電池，以提升能量密度。
另一方面，固態(tài)電池的更高安全級別同樣經(jīng)不起推敲。人們普遍認(rèn)為，固態(tài)電解質(zhì)絕緣性好，不可燃、不揮發(fā),即便發(fā)生了形變,也不會導(dǎo)致電解質(zhì)外漏，但物理性能的安全只是電池安全的一個側(cè)面，其他任何一個側(cè)面的高危都可能讓固態(tài)等于不安全。
美國能源部的一項研究發(fā)現(xiàn)，全固態(tài)電池在因為鋰枝晶引發(fā)短路的溫度比傳統(tǒng)鋰離子電池更高，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(dāng)固態(tài)電解質(zhì)層因為各種原因而完整性受損的時候，反應(yīng)更是會釋放巨大的熱量。有趣的是，QuantumScape公司的萬圣節(jié)活動上，連續(xù)很多年都會有人假扮成一個鋰枝晶形狀的怪物。
更值得人們關(guān)注的是，QuantumScape 采用的氧化物片電解質(zhì)硬度太高，不得不增加凝膠電解質(zhì)來改善界面，而這樣做將會降低固態(tài)電池的本征安全性。尤其是其氧化物片由于金屬鋰沉積的臨界電流密度很小，在未來使用中將很容易發(fā)生短路。
QuantumScape 在去年年底也對電池安全含糊其辭，當(dāng)時該公司勉強造出了首批原型固態(tài)電池并交付給汽車客戶，創(chuàng)始人、CEO 兼董事長 Jagdeep Singh 提到這批電池產(chǎn)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，量產(chǎn)也仍有許多問題沒有解決。雖然氧化物基電解質(zhì)這種材料在空氣中具有更好的穩(wěn)定性，但對制造工藝要求很高，需要800攝氏度以上的高溫?zé)Y(jié)才可以致密成型，對于大尺寸、超薄和無缺陷的陶瓷制備工藝有著極高的要求，對電池規(guī)?；圃鞄砹烁蟮奶魬?zhàn)。
在生產(chǎn)環(huán)境和原材料純度方面，全固態(tài)電池的要求更是比傳統(tǒng)鋰電更高。批量生產(chǎn)大尺寸的電解質(zhì)薄膜可能存在困難，因此全固態(tài)電池的量產(chǎn)初期或只能小規(guī)模生產(chǎn)，用于一些對于成本容忍度更高的領(lǐng)域。韓國新能源研究機構(gòu) SNE報告指出，即便到了量產(chǎn)階段，全固態(tài)電池的成本至少也是鋰離子電池的兩倍，跟新能源汽車行業(yè)追求的“降本”背道而馳。
固態(tài)電池的狂歡盛宴里，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(fā)布研報，將QS評級從“持股觀望”下調(diào)至“減持”，并將目標(biāo)價從12美元下調(diào)至僅4美元，創(chuàng)華爾街新低。原因包括規(guī)模化和獲得整車廠認(rèn)可的時間線的不確定性，以及公司面臨更困難的融資環(huán)境。Adam Jonas表示，雖然固態(tài)電池可能仍然代表著能源存儲的未來，但事實證明，實現(xiàn)這一目標(biāo)的道路比我們和市場預(yù)期的更困難，也更遙遠(yuǎn)。
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(shù)成熟度曲線的“泡沫破裂谷底期”。結(jié)果，環(huán)繞在這匹曾經(jīng)的黑馬周圍的泡沫，開始崩塌。
在QS仍然在技術(shù)和資本的雙難中苦苦掙扎的同時，美國新能源汽車品牌菲斯克已經(jīng)宣布放棄研發(fā)固態(tài)電池的計劃，轉(zhuǎn)而推出搭載液態(tài)鋰離子電池的普通電動車。許多人或許還記得2018年，該公司就表示將在數(shù)月之內(nèi)量產(chǎn)固態(tài)電池。如今該公司創(chuàng)始人只能用這樣的解釋來掩蓋當(dāng)初的尷尬，“固態(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當(dāng)你覺得你已經(jīng)完成了90%，幾乎達到目標(biāo)時，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。”
豐田的固態(tài)電池故事里跳票是個關(guān)鍵詞。在新能源方面一直押注油電混動路線，導(dǎo)致純電技術(shù)落后的豐田，一直希望通過提早布局固態(tài)電池技術(shù)進行超車。其布局固態(tài)電池最早可以追溯到2008年，當(dāng)時該公司宣布和英國創(chuàng)業(yè)公司伊利卡 (Ilika) 合作共同研發(fā)固態(tài)電池材料。
10年過去了，豐田在固態(tài)電池上的合作伙伴少說也有了七八家，甚至連這方面的專利都已經(jīng)累積到了1300多項，數(shù)量遙遙領(lǐng)先，是排名2-5的四家日韓企業(yè)的相加之和，可惜的是技術(shù)到量產(chǎn)的難度不亞于一次西天取經(jīng)。在前年一場名為“2030電池戰(zhàn)略會”的活動上，豐田表示在高能量密度的全固態(tài)電池方面研發(fā)進展不樂觀，在合適的硫化物電解質(zhì)材料這一關(guān)鍵課題上一直未能破局。
圖片來源：豐田
在技術(shù)困難無法攻克的背景下，豐田不得不一再推遲全固態(tài)產(chǎn)品的量產(chǎn)，其2019年就表示，將在2020年東京奧運會時推出一款搭載固態(tài)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態(tài)電池搭載車型。同時在商業(yè)化方面選了一條令人扶額的路線：將固態(tài)電池技術(shù)優(yōu)先投放混動汽車產(chǎn)品，而非面向純電車型一步到位。
考慮到電動化，特別是純電化在中國已經(jīng)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(shù)迭代周期太長，普遍達到4-5年；其唯一的一輛純電車型 bZ4X 初戰(zhàn)告捷，又遭遇大規(guī)模召回（盡管是非電池原因），在前幾天終于官宣項目徹底停產(chǎn)。
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適從，盡管豐田表示要在2025年前推出固態(tài)電池。但“狼來了的故事”使人不得不降低對其在固態(tài)電池技術(shù)上的預(yù)期。
留給豐田兌現(xiàn)承諾的時間或許已經(jīng)不多，在剛剛過去的上海車展寧德時代已經(jīng)發(fā)布了凝聚態(tài)電池，最高500Wh/kg的高比能、高安全，關(guān)鍵在今年就可量產(chǎn)。因此更大的可能是，凝聚態(tài)裝車后，固態(tài)電池或許將徹底失去商業(yè)化可能性。
如今固態(tài)電池這個曾被萬眾期待的終極電池技術(shù)，已經(jīng)難再撐得起燃油車“終結(jié)者”、鋰電“圣杯”的名號。它看起來越來越像一群人在錯誤的技術(shù)路線上，共同做了一場夢。
然而夢醒時分已到。
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