作者 / 叶方

编辑 / 王德芙

出品 / 汽车之心（微信 ID：Auto-Bit）

相比于传统锂电池，固态电池有几大优势：

• 安全性首当其冲；
• 其次，固态电池可以做的更加轻薄；
• 第三点最重要，即固态电池能量密度要高得多，它甚至能直接让电动车续航里程翻番，而这是解决电动车续航焦虑最直接的办法。
• 最后，生产制造的难度也会有所降低。
  

一般来说，动力电池系统需要先生产单体，单体封装完成后将单体之间进行串联组装。若先在单体内部进行串联，则会导致正负极短路与自放电。
固态电池电芯内部不含液体，可实现先串并联后组装，减少了组装壳体用料，封装设计得以大幅简化。
从理论上来讲，量产电动车中最强的 21700 NCA 三元锂电池电芯（特斯拉使用），其能量密度也只有 251 Wh/kg。
业内人士认为，300 Wh/kg 将是三元锂电池难以跨越的鸿沟。至于固态电池，其能量密度有望达到 400-1000 WH/kg。
显然，固态电池将让那些嫌弃电动车续航的用户无话可说。此外，它的应用还能拉低电池组甚至整车的成本——由于固态电池已经没有燃烧或爆炸之忧了，BMS 等温控组件（这也是特斯拉的强项）可以彻底退役，无隔膜设计还能进一步为电池系统「减负」。
固态电池好是好，但想把这块技术拼图补全并不容易。
举例来说，锂离子在液体中穿梭远比在固体中轻松得多，此外固态电池对温度也更加挑剔。
说到固态电池，就不得不提 Braga Glass 这个词。

2019 年年末，「锂电之父」Goodenough 联合克雷尔学院高级研究员 Maria Helena Braga 共同发布重磅论文《安全充电电池的替代方案》，他们研发的这款新电池拥有低成本、全固态、不易燃、长寿命、高能量密度、快速充放电，耐低温等特性。
论文中还指出，新电池的电芯制造难度与成本都更低，能量密度更是现有锂电池的 3 倍，可循环充放次数也更多。

2018 年 6 月，Braga 团队又发表了名为《非传统高压长循环寿命安全充电电池》的第二篇论文。
不过，论文的发表不代表研究人员找到了什么突破口，Braga 团队甚至遭到了许多业内大牛的质疑。
简言之，Braga 的玻璃电池现在还是犹抱琵琶半遮面，第二篇论文中 2.3 万次的充放循环、自充电等特性更是令人难以置信。再加上第一篇论文中提到的超高能量密度，如果这款玻璃电池能大规模量产，对电动车行业来说简直是核武器一般的存在。

第一篇有关玻璃电池的论文发布一年后，Elon Musk 在电话会上也谈到了这个问题：
「在我看来，如果你手上真有突破性的电池技术，可以寄给我们样品。如果你不相信特斯拉，也可以到第三方实验室进行验证。要不然，还是闭嘴吧。有人还说自己能在银河系玩瞬间转移呢，但也没见他们真的实现。」

时任特斯拉 CTO 的 JB Straubel 则指出，「我同意 Elon 的观点，特斯拉接触过很多家做固态电池的公司，甚至测试过多款原型产品，但从结果来看我们暂时还不会切换既定战略。当然，如果真有人能取得电池技术突破，我们也会成为第一个投入应用的公司。」

对于自己的新成果，Goodenough 则表示，「我们计划将固态电池技术授权给多家厂商，而不是让某家厂商独享。对大公司来说，制造一款全新电芯两年时间就够了，现在则有 50 多家公司对我们的技术感兴趣，它们未来都可帮忙验证。」
也就是说，即使松下和特斯拉能抢先落地固态电池，其他厂商也能尽快跟上。
显然，这会损害特斯拉在业内的领先优势，甚至会成为埋葬它们的深坑。
事实上，各家巨头都或多或少投资了一些固态电池新创公司，期待着哪一天在技术上取得突破。
福特、宝马与现代就联合投资了名为 Solid Power 的新创公司。
本田则选择与 NASA 喷气推进实验室及加州理工合作，试图搞出将能量密度提升 10 倍的新产品（不过该项目依然在用电解液）。
通用方面，不但拿到了美国能源部的 200 万美元奖励，还携手 LG 化学投资 2 亿美元继续开发非固态锂电池，为旗下雪佛兰 Bolt 电动车提供「弹药」。
与福特建立同盟关系的大众，则向美国固态电池新创公司 QuantumScape 投资 1 亿美元，不过它们的生产线 2025 年才能建成，至于大规模量产要到 2030 年了。
丰田走的最快，它准备趁着东京奥运会发布一款搭载固态电池的电动车。不过，量产恐怕要再等五六年。
除此之外，丰田还联合本田、日产与松下搞了日本固态电池研发小联盟，预计 2025 年能将电动车续航提升至 340 英里（约合 547 公里），2030 年则进一步增加到 500 英里（约合 804 公里）。有趣的是，松下曾表示固态电池未来十年内都难以投入商用。
总而言之，业界普遍认为，固态电池真正落地时间会在 2025-2030 年之间。


特斯拉收购 Maxwell

2019 年 2 月，特斯拉以 2.18 亿美元溢价收购电池技术公司 Maxwell。
这家公司不仅手握重要的干电极技术，就连 Musk 最近都表示，这项技术比大家想象中重要很多。
除此之外，Maxwell 的武器库里还有超级电容技术。简单理解，就是通过静电方式存储电能——这项技术在未来可能会成为特斯拉的定海神针。
要说 Maxwell 的干电极技术的最大不同所在，就不得不提传统锂电池制造时使用的含粘合剂材料的溶剂。
这种溶剂有毒，必须小心回收并进行纯化后才能再利用。
此外，它还需要巨大、昂贵且复杂的电极涂覆机配合。Maxwell 的干电极技术则彻底剔除了这种溶剂。

通过这项技术，Maxwell 不仅能将能量密度提升到 300 Wh/kg，还能让电池寿命乘以 2。当然，对特斯拉最重要的还是降成本。
据悉，干电极技术能比传统的湿电极技术节省 10-20 个百分点的成本，而且生产速度更快。除了免除有毒溶剂，干电极技术还可以剔除钴这一原料，为环保贡献一份力。
从现有信息来看，Maxwell 的干电极生产一共分为三步：

• 第一步，电极粉末的混合;
• 第二步，用挤压机将粉末挤成电极材料带;
• 最后压在金属箔集电体上产出干电极。
  

Maxwell 的干电极技术研发始于 2011 年，10 年的时间相信这项技术已经离正式商用不远了。
如果再加上特斯拉今年才收购的 Hibar System，就更加如虎添翼了。事实上，这家新收购的公司并不是做电池的，它的绝活是泵系统，能将电解液加注到电池内。
当然，大家千万别将 Maxwell 的干电极技术与固态电池混为一谈，特斯拉当下依然专注传统锂电池，但会借助 Jeff Dahn 的技术为电池加入两种新的混合物，将正极材料升级为锂镍猛钴化合物，而负极则会用上自然或人工石墨。
简言之，今年的电池日上，特斯拉可能会对手上的新技术进行一次大整合，将 Maxwell 的干电极技术，Hibar 的泵系统和 Jeff Dahn 的电化学技术串在一个链条上。
如果真如 Maxwell 所言，自家技术未来能将传统锂电池的能量密度推高至 500 Wh/kg，恐怕短期内特斯拉不会碰固态电池。
当然，特斯拉才不会把鸡蛋放在一个篮子里，Maxwell 的技术同样也可用在固态电池上。

不出意外的话，在今年 4 月举办的电池日上，特斯拉不但会大谈特谈新的电化学技术，还会带来新的电池模组架构及通向 1TWh 电池年产量的清晰路线图。
敬请期待吧。