對固態電池的研究越深入，我們越來越明白，這條路走著并不容易。但至少我們正在逐一攻克動力電池的難題，從能量密度、安全到成本。
現在有一種說法，名曰后鋰電池時代。
這里，液態鋰電池無法平衡安全性和能量密度，這一弱點成為它的致命一擊。它無法作為電動汽車駛入未來的能量來源。
而固態電池則被電池廠家和車企視為希望。它的開發進程和量產時間表，直接關系到電動汽車能否成為主流用車選擇。至少現在來自不同企業的觀點集中于此。
許多企業對于固態電池的大方向沒有異議。但是，隨著研發的持續和深入，圍繞著固態電池產生了許多細節問題，例如電解質路線、固液相、成本。
針對這些問題，NE時代記者對臺灣輝能CEO楊思枏進行了專訪。作為當下固態電池，尤其是氧化物體系的主要推動者，輝能的思考成為我們探析固態電池世界的一道大門。
固態與液態
固態電池是液態電池的一種延伸，一種補救方案。初期，它可以沿用液態的正負極材料和供應鏈，減少商業化道路上成本的額外增加項。在此基礎上固態電解質或混合電解質替代液態電解質，強化安全性。
用于量產車中最廣泛的液態電池是NCM522電池或NCA電池，而車企最為期待的是NCM811電池。當前NCM811電池的系統能量密度可提升至170-180Wh/kg，基本是動力電池能夠達到的巔峰值。
然而，高處不勝寒，當高含量的鎳幫助液態電池站上能量密度的最高峰時，就面臨上了瓶頸問題，無法再繼續下一個高峰。同時，它也開始發揮破壞作用。電解液化學窗口較低，額定電壓大概為3.7V，但高鎳正極材料要提高容量需要更高的電壓，而電壓會引發電解液發生崩解，引發爆炸。
電動汽車若要代替燃油車成為主流用車選擇，它需要有可以相媲美的續航里程。能量密度，是核算續航的一個關鍵指標。這意味著，電池廠會將高鎳三元鋰電池貫徹下去。同時，整車的安全性必須得到保障，這是電動汽車、智能汽車等等得以普及的根本。動力電池，能量的起始點，是動力源安全的第一道關卡。
因此新一代動力電池在保持及延續液態電池的高能量密度的同時，也需解決安全性問題。而這正是固態電池出現最主要的目的。
當然，除了固態電池，還有其他解決方案，例如鋰硫電池、鋰空氣電池。但根據輝能的調研，“鋰硫電池和鋰空氣電池都處于非常前期的實驗室的研究階段，預計到2035年至2040年才有可能出現基礎的技術，電芯技術才有可能成熟。在此之前，它不具備商業化的可能。”
就電動汽車的發展時間來看，2025年至2040年是其發展的黃金期。這段時期內，電動汽車能否大規模上路，決定著它是否可以作為未來汽車的解決方案。這又取決于動力電池的技術進化速度。
依據這一時間點，對比之下，各類新型電池體系中，固態電池是距離產業化最近的下一代技術。在輝能看來，固態電池以固態電解質代替液態電解質，沿用當前的三元正負極體系，它更像是磷酸鐵鋰電池(高安全)和三元鋰電池(高能量密度)的結合體。
當液態電池上升空間受限，鋰硫鋰空氣電池遠在他方，固態電池成為電動汽車邁向未來的希望。但是，這份希望的建立過程并不容易。
技術路線之困
固態電池用于電動汽車時困難重重。固態的電解質放緩了鋰離子“運動員”奔跑的速度，即使改變正負極體系，也沒辦法做到想象中的能量密度和充放電功率大提升。于是，電池廠糾結于硫化物、氧化物、聚合物等電解質路線之爭，固液混合還是全固態。
按照電解質材料來分，固態電池可分為硫化物、氧化物、聚合物等。不同的電解質材料各有其優缺點。
例如硫化物材料天生導電性非常高，它能夠適應的電化學窗口較寬。換句話，在更廣的電壓范圍內，電解質不會參與化學反應，老老實實讓鋰離子流過。它的缺點在于材料很敏感，不夠穩定，遇到水汽后容易形成硫化氫劇毒。因此，量產時它比較難以掌控，需要在全線干燥的制程中完成。硫化物體系的代表為豐田，它正在解決抑制硫化氫氣體產生的難題。
氧化物體系分為厚膜和薄膜，共同的特性是電解質化學穩定性高，可以在高溫下工作，但是電解質片容易脆裂。不同的是，厚膜需要解決的主要問題是室溫電導率低，薄膜則是制備成本高，僅能做成郵票大小，量產時過于昂貴。
目前，國內多數固態電池廠家走的是氧化物路線，例如輝能、清陶、衛藍、贛鋒鋰業。
固液混合還是全固態，這一選擇涉及到固態電池的能量密度和充放電速率。除了安全性高外，曾經固態電池被認為擁有能量密度高、充放電速度快的優勢。這是由于它可以避免短路之后的熱失控問題，可以使用金屬鋰負極和高電壓正極材料，提升能量密度空間。
但是，固態電解質能夠帶來穩定性的好處，卻無法像液態一般滲透到電極的各個角度。這就導致電極與固體電解質之間的接觸面積小，同時界面電阻非常高，影響到離子傳導率。以導電率最高的硫化物為例，它在室溫條件下導電率為10-3-10-2S/cm，而傳統液態電解質的室溫離子電導率為10-2S/cm左右，只此就差了一個數量級。
氧化物的室溫電導率低于硫化物，大概為10-4-10-3S/cm。國內走氧化物體系的輝能、清陶、贛鋒鋰業為了提高電導率，添加了少量液態電解質，來解決低電導率限制能量密度的難題。固態電池產品均為固液混合電解質電池。除此之外，輝能在氧化物固態電解質以及正負極中導入“內部通道技術”（即其Ceramion技術），來提升室溫導電性，并且降低內阻，實現5C快充的可能。
當液態電池的安全問題有待解決，全固態電池受制于技術和成本，難以量產，類固態電池作為過渡產品，從解決電池安全入手，到實現規模效應，降低固態電池產業化的成本，似乎是一個更為穩妥的方式。
NE時代獲悉，輝能對自身固態電池的產品規劃即是從類固態走向固態，2018年至2023年，第一代類固態電池沿用液態電池正負極，同時正極從NCM622升級到NCM811，負極從石墨轉向高SiOx含量(14%以上~100%)的石墨復合物。
目前其PLCB和BLCB固態電池均為第一代氧化物類固態電池產品。其電解質為固液混合電解質，正負極材料為NCM和石墨。
根據輝能的測試數據，其固態電池的電芯重量比能量為215Wh/kg，體積能量密度為540Wh/kg，均稍低于液態電池。但是到2021年固態電池通過采用更高利用率的活性材料，在電芯層面的能量密度將與液態電池持平，然后逐步超越。
固態電池的能量密度優勢在電芯層面相對不夠明顯，反而到PACK層面更為突出。
輝能測算，采用雙極電池封包技術后，固態電池的成組效率在重量能量密度和體積能量密度兩個維度下分別為82%~85%和70~75%。因此PACK的能量密度可達到176Wh/kg和405Wh/L。此時，再與液態電池相較，固態電池在今年就可展現出自身的優勢。
單論電芯能量密度，在固態內阻高，損失能量的情況下，電池廠需要升級正負極材料，提高鋰離子的擴散能力。以輝能為例，其2023年后的第二代固態電池減少活性材料的使用量，正極為HNCA/HNMC，負極為金屬鋰或純硅。
固態電池的成本之困
當固態電池廠家選定路線，克服技術難關后，擺在他們面前的還有成本難題。
新能源汽車補貼力度逐年減弱，當車企不再能夠拿補貼作為旗下電動汽車售價的噱頭，而是貼出真實價格，誰能推出比競爭對手更有性價比的電動汽車，將更貼近消費者。
動力電池又占去整車30%至40%的成本，若無法控制電池成本，電動汽車將很難達到終端消費者對價位的需求。
固態電池，做為新興電池技術，尚未用于量產車中。一方面，整車廠仍在驗證固態電池的性能；另一方面，相比液態電池，固態電池是否在一定條件下具有成本優勢?這種優勢是否足以引起整車廠的興趣?
輝能CEO楊思枏在回應這一問題時表示：“成本方面，我們著重的點不是在cell端，而是在PACK端。”
這源于固態電池的安全優勢。電芯層面，它不會出現液態電芯串聯后電壓增高導致電解液崩解的后果。因此固態電芯可不受限于電解液的容許最高電壓來加以相互串聯與并聯，提高單位電壓及容量。
這即是固態電池的多軸向雙極技術，如輝能的MAB技術。內部串并聯，電芯可以組成一個大的復合式電池芯。它節省掉外部串聯所需的打線、金屬柄或金屬棒等，既降低阻值，減少發熱問題的產生。此時，保護系統、冷卻系統、BMS系統就可得到簡化，同時重量/體積成組效率得以增加。這是輝能固態電池PACK能量密度能夠超過液態電池的主要因素。成組效率提升、冷卻系統簡化，進一步作用于成本，幫助固態電池被接受，被認可。
輝能測算后發現，固態電池在cell層面成本要高出液態電池，即使產能達到20GWh時，固態電芯仍是液態的1.1倍。而到PACK層面，當產能達到20GWh，實現一定的規模效應，固態電池的成本是液態的98%。若是類固態電池MAB技術，PACK成本會更低，大約為競爭對手的七成。
輝能CEO楊思枏在接受采訪中屢屢強調“規模資本”：“固態電池投入真的太大了，如果沒有達到一定的規模，它的優勢不會很快地呈現出來。”
尋找合適的合作伙伴，是輝能認為能夠較快實現規?；姆绞健?/span>中國以電動汽車為發展重點，因此它選擇與天際、蔚來以及央企車廠等共同開發使用MAB固態電池的樣車。“2021年桃園1-2GWh生產線建成、投產之后，我們將于2022年開始銷售電動汽車固態電池。大概到2023年路面上將會出現使用了固態電池的車輛。”
固態電池在電動汽車上的應用還有待長時間的測試，不過它的應用領域不限于此，還可覆蓋安全帽等穿戴產品、智能設備、電動摩托車、儲能系統等。“日本、東南亞等摩托車更為普遍，我們對固態電池在電動摩托車和電動踏板車的應用很感興趣。”多方應用的開拓亦是為了固態電池的大規模產業化。
在楊思枏看來，“規模資本”是固態電池大規模產業化的“最大壁壘”。因此他希望在固態電池發展初期能夠得到國家的補助或配套設施支持。這應該也代表了其他固態電池廠家的心聲。
10月16至17日，NE時代將在上海舉辦“2019中日韓下一代新能源汽車電池技術大會”。屆時，輝能CEO楊思枏、清陶總經理李崢博士、衛藍固態電芯部負責人李久銘都將發表演講，分享固態電池最新技術進展。在此，NE時代誠邀行業朋友的探討與參與，共同開發出動力電池的無限可能。
