整個(gè)7月，關(guān)于車用固態(tài)鋰離子動(dòng)力電池的新聞，可謂層出不窮。

【資料圖】

首先是本月7日，日本經(jīng)濟(jì)新聞與東京研究公司Patent Result合作，完成了一份全球范圍內(nèi)全固體動(dòng)力電池的調(diào)查報(bào)告。該報(bào)告基于企業(yè)間對(duì)相關(guān)專利的掌握，認(rèn)為日本企業(yè)已處于全面領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，且前十強(qiáng)名單中，日本企業(yè)占據(jù)了六家之多，并以豐田握有1331項(xiàng)居于首位（第二位松下公司，掌握了445項(xiàng)）。

這個(gè)報(bào)告最初由日經(jīng)中文網(wǎng)微博公眾號(hào)發(fā)布之初，國(guó)內(nèi)輿論多少有點(diǎn)懵逼：就在被迫放棄氫能轉(zhuǎn)向純電之際，看似在車用新能源領(lǐng)域大敗虧輸?shù)娜毡酒髽I(yè)，已經(jīng)在不知不覺(jué)中悄悄布局，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)跑去前面等著大家了？

▲蜂巢能源展示的固態(tài)電池樣品——尚處于實(shí)驗(yàn)室階段

隨后則是19日，蜂巢能源全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出國(guó)內(nèi)首批20Ah級(jí)鋰硫化物全固態(tài)原型電芯。根據(jù)蜂巢官方放出的數(shù)據(jù)，該系列電芯能量密度達(dá)350-400Wh/kg，并且現(xiàn)已順利通過(guò)針刺、200°C熱箱等實(shí)驗(yàn)。

企業(yè)方面非常樂(lè)觀地認(rèn)為，該產(chǎn)品一旦量產(chǎn)應(yīng)用，則現(xiàn)有純電汽車可在不進(jìn)一步增大電池包的前提下，實(shí)現(xiàn)1000公里以上的續(xù)駛里程。

蜂巢能源的官宣，實(shí)際上是受上月25日，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群于重慶車展期間宣布完成了鋰硫化物固態(tài)電池的刺激。

至于第三件新聞，則是發(fā)生在上周五（22日）的一樁慘劇——眾多70、80后年輕時(shí)的偶像，被戲稱為“凍齡青年”的臺(tái)灣地區(qū)前偶像級(jí)歌手，現(xiàn)專業(yè)賽車手“亞洲小旋風(fēng)”林志穎，在攜幼子駕車出行時(shí)，突發(fā)車禍。

林志穎親自駕駛的特斯拉2021款Model X，在撞擊路中央分流島后，起火燃燒整車焚毀。

值得注意的是，作為當(dāng)今性能最強(qiáng)大的量產(chǎn)純電汽車，特斯拉Model X配備了能量密度頗高，但在安全性上一直遭到詬病的三元鋰電池。

而上述新聞在相互映照之后，其實(shí)已經(jīng)無(wú)疑地反映出了純電汽車的下一階段發(fā)展趨勢(shì)——為了追求更好的安全性以及更高的性能，動(dòng)力電池的固態(tài)化，已儼然成為一種趨勢(shì)。

01 固態(tài)的巨大價(jià)值

所謂“固態(tài)”，實(shí)際指的是將鋰電芯的電解液，替換成固態(tài)物質(zhì)。

一般而言我們以技術(shù)路線劃分，其主要分為三類：鋰硫化物、高溫聚合物，以及鋰氧化物。

日系企業(yè)，例如豐田、松下等，外加國(guó)內(nèi)新近宣布研制成功的蜂巢能源、寧德時(shí)代，走的均是硫化物路線。而法國(guó)的博洛雷集團(tuán)（Bollore Group）以及國(guó)內(nèi)的電池巨頭比亞迪，則主要致力于聚合物路線的探索。至于氧化物路線，英國(guó)的ILIKA公司，已經(jīng)在此領(lǐng)域深耕多年。

在改用固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子動(dòng)力電池在性能和安全性兩個(gè)主要方面，都將獲得巨大的提升。要解釋這個(gè)問(wèn)題，就需要從鋰電池的工作原理上來(lái)進(jìn)行理解。

眾所周知，鋰離子電池是一種典型的“搖椅電池”。

充電時(shí)，正極上的鋰原子失去電子，被氧化成了鋰離子（脫嵌），然后在電解液中運(yùn)動(dòng)，跑到了負(fù)極，與流經(jīng)外部電源的電子互相結(jié)合，又還原成了鋰原子，嵌入到了負(fù)極碳層的微孔中。

放電時(shí)，則是一個(gè)逆向的一個(gè)過(guò)程——嵌在碳層負(fù)極中的鋰原子，失去了電子，被氧化成了鋰離子，回到電解液中，運(yùn)動(dòng)到了正極，與流經(jīng)負(fù)載的電子結(jié)合，再度還原成了鋰原子（嵌入）。

在這充放電的過(guò)程中，鋰以離子態(tài)完成了從正極到負(fù)極材料之間的往返脫嵌，像極了一把搖椅周而復(fù)始，來(lái)回?fù)u擺。

電解液是電芯內(nèi)不可或缺的物質(zhì)，而通常，這是一種液體。那么，將其替換成一種同樣能導(dǎo)電的固體呢？這會(huì)帶來(lái)兩個(gè)主要方向上，眾多的優(yōu)點(diǎn)。首先，便是能量密度的大幅度提升。

在現(xiàn)有常規(guī)鋰電池上，正極材料的選擇往往具有局限性，通產(chǎn)無(wú)法選擇電壓更高的材料，而局限在4.45V范圍內(nèi)。因?yàn)檫^(guò)高的電壓，可能導(dǎo)致鈷酸鋰電解液發(fā)生氧化，并使得正極表面產(chǎn)生不可逆的相變。

▲采用電解液的圓柱形鋰電芯構(gòu)造

而如果是固態(tài)電解質(zhì)，那么就能用提高電池能量密度的高電壓正負(fù)極材料，比如可以提高到5V甚至更高，于是電芯的極限能量密度也隨之得到提升。

負(fù)極材料也是同樣的問(wèn)題。隨著固態(tài)材料的替代，電池負(fù)極材料甚至可以選擇采用金屬鋰。而對(duì)應(yīng)硫化物正極材料，電池的理論能量密度可較之現(xiàn)有最好的三元鋰電池至少翻兩番。

當(dāng)然，固態(tài)化對(duì)能量密度的提升，不僅僅體現(xiàn)在化學(xué)性質(zhì)層面上。

由于電芯內(nèi)部不再含有高度活躍的含鋰液態(tài)電解質(zhì)，即便正負(fù)極隔膜被刺破后，也不會(huì)由于電解質(zhì)滲入兩極而迅速發(fā)生短路。因此，電芯的殼體實(shí)際可以選擇更輕的材料。從而減輕了電芯的質(zhì)量，顯然就是提升整個(gè)電池包的能量密度。

▲以固態(tài)電解質(zhì)替換電解液后，電池形狀也可以從卷繞的圓柱形，改成扁平的矩形

在能量密度進(jìn)一步提高之外，安全性高無(wú)疑是固態(tài)電池的另一大優(yōu)點(diǎn)。其重要性，甚至可能還超過(guò)前者。

正如上文提到的，正如蜂巢能源對(duì)自產(chǎn)固態(tài)電池測(cè)試的結(jié)果——當(dāng)意外發(fā)生電芯破裂時(shí)，由于電解物質(zhì)為固態(tài)，所以困擾鋰離子動(dòng)力電池長(zhǎng)久以來(lái)的“短路-發(fā)熱-爆燃”連鎖反應(yīng)，更笨無(wú)從發(fā)生。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，所有樣品均通過(guò)了嚴(yán)苛的擠壓、加熱、針刺測(cè)試。而且在上述測(cè)試過(guò)程中，均未見(jiàn)到短路并且由此產(chǎn)生的爆燃問(wèn)題。

此外，固態(tài)電池過(guò)充后并不會(huì)和液態(tài)電池那樣釋出鋰晶枝，也就沒(méi)有了刺破正負(fù)極絕緣薄膜，進(jìn)而引起短路的風(fēng)險(xiǎn)。

▲比亞迪提出的固態(tài)電池包方案，比柱狀電芯更加緊湊

最后，由于電池內(nèi)的固態(tài)電解質(zhì)不會(huì)揮發(fā)也不易燃燒，能夠有效避免液態(tài)電池在拆解時(shí)的泄漏問(wèn)題，不但環(huán)保而且利于回收再利用。

02 必然的前景和未知的過(guò)程

當(dāng)然，上面說(shuō)明了固態(tài)電池的種種好處，卻也不能忽視其當(dāng)前面臨的問(wèn)題。而這些細(xì)節(jié)，是許多企業(yè)在振奮人心的通告中，鮮有提到的。

首當(dāng)其沖的，無(wú)疑是固態(tài)相較液態(tài)的各種“原罪”。

正因?yàn)殡娊赓|(zhì)換成了固態(tài)，其電導(dǎo)率天然低于液態(tài)電解質(zhì)，隨之而來(lái)的高界面阻抗也必然會(huì)影響到鋰離子，在界面之間的正常穿越。

而較之液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)材料一旦與正負(fù)極貼合不良，必然導(dǎo)致電芯的界面相容性變差。這種貼合不良是必然會(huì)發(fā)生的——在電芯充放電過(guò)程中，電芯內(nèi)部會(huì)隨著活性物質(zhì)的性變呈現(xiàn)4%左右的膨脹與收縮。在此狀況下，界面分離是必然會(huì)發(fā)生的。

▲幾種全固態(tài)電池的基本結(jié)構(gòu)適宜。膨脹問(wèn)題，可以通過(guò)改善結(jié)構(gòu)來(lái)緩解

目前，有關(guān)固體電池開(kāi)發(fā)的三個(gè)主要方向：聚合物、氧化物，以及硫化物，均各有其優(yōu)缺點(diǎn)。更有一個(gè)關(guān)系到其能否從實(shí)驗(yàn)室走向工廠的關(guān)鍵——工藝問(wèn)題。以蜂巢能源公布的硫化物路線為例，盡管我們還不知道其固態(tài)電解質(zhì)的細(xì)節(jié)，但若與日本企業(yè)類似，則硫化物電解質(zhì)的處理和加工，顯然同樣需要依賴惰性氣體環(huán)境。

這就意味著，其無(wú)法利用現(xiàn)有的液態(tài)電池生產(chǎn)線來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)產(chǎn)。而使用新的工藝建造全新的產(chǎn)線，也意味著海量的投資，以及對(duì)現(xiàn)有體系的推倒重來(lái)。這對(duì)現(xiàn)階段的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)而言，也就代表著巨大的沉沒(méi)成本。

解釋了固態(tài)電池的巨大優(yōu)勢(shì)，那么讓我們回過(guò)頭來(lái)說(shuō)一說(shuō)日經(jīng)的相關(guān)報(bào)道。

根據(jù)日經(jīng)與Patent Result合作完成的報(bào)告，當(dāng)今在技術(shù)層面上具有最大優(yōu)勢(shì)的，無(wú)疑是日本的豐田公司，畢竟其以1331項(xiàng)專利，碾壓位列第二的松下公司。而后者的445項(xiàng)專利，僅占到前者的39.3%。

▲圖源見(jiàn)水印

實(shí)際上，放眼整個(gè)榜單，位列前十的實(shí)際就是日（6家）、韓（4家）企業(yè)而已。這很難不讓人想到日經(jīng)關(guān)于純電汽車專利競(jìng)爭(zhēng)力排名的另一份榜單。

在那份2021年的榜單中分列第一、第二位，分別是擁有8363項(xiàng)專利的豐田，以及6564項(xiàng)專利的福特。而排在第三、四位置的本田（3849項(xiàng)）和通用（3283項(xiàng)）同樣和第一名拉開(kāi)了較大的距離。

但是榜單是一碼事，現(xiàn)實(shí)世界中的新能源汽車產(chǎn)銷數(shù)字則是另一碼事了。畢竟，2021年交付93.6萬(wàn)輛純電汽車的特斯拉，才排名第八，專利數(shù)字區(qū)區(qū)1741項(xiàng)。至于排名第二，全年交付58.4萬(wàn)臺(tái)新能源汽車（包括純電和混動(dòng)）的比亞迪，甚至沒(méi)能出現(xiàn)在這總共20名的榜上。

▲都這個(gè)份上了，日本媒體還靠玩文字游戲來(lái)“漲自家志氣”，其實(shí)非常的沒(méi)必要

對(duì)于這兩份報(bào)告所羅列的專利數(shù)字，筆者無(wú)從查閱其中實(shí)用新型專利和外觀設(shè)計(jì)專利的比例，甚至連統(tǒng)計(jì)數(shù)字本身都無(wú)從核驗(yàn)。而往好處推測(cè)，在充斥著大量設(shè)計(jì)專利以外，日本企業(yè)實(shí)際很可能是將一切在企業(yè)實(shí)驗(yàn)室里完成的技術(shù)，統(tǒng)統(tǒng)申請(qǐng)了專利。

但這就意味著一個(gè)新的問(wèn)題。專利的實(shí)質(zhì)，是公開(kāi)自身的方案，并通過(guò)相關(guān)法律獲得保護(hù)。但這也就意味著，在世間所有的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手面前，提前亮出了底牌。而又因?yàn)槿掌竽壳安⑽磸V泛與全球各商業(yè)對(duì)手進(jìn)行溝通和技術(shù)交流，此舉可以簡(jiǎn)單視為提前布局專利壁壘。

而放眼世界，全球新能源汽車的主要市場(chǎng)，無(wú)非是中、美、歐三家。除去美國(guó)和歐洲，中國(guó)目前也發(fā)展出了較具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的主機(jī)廠。日企的這番操作，與其說(shuō)是用專利困死對(duì)手，不如說(shuō)提前把自己圈進(jìn)了墻內(nèi)。

既然日方已經(jīng)明牌，而且歷史經(jīng)驗(yàn)告訴大家，這是一群無(wú)視市場(chǎng)狀況和自身現(xiàn)狀，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)咬死不松口的“鐵公雞”，那么順著他們?nèi)Τ鰜?lái)的技術(shù)路線繞而行，顯然是業(yè)內(nèi)其他玩家最明智的選擇。

于是，昨往日歷史仿佛重現(xiàn)。

十五年前，日本舉國(guó)貿(mào)然布局氫能，并將制氫、儲(chǔ)氫以及氫燃料電池堆的全部專利統(tǒng)統(tǒng)雪藏；十二三年前，豐田同樣也在“雙擎”系統(tǒng)行星齒輪方面的死不松口，堅(jiān)決不愿意和同行分享技術(shù)的景象。

▲豐田汽車大名鼎鼎的行星齒輪技術(shù)

于是，美、歐以及中國(guó)，不約而同地忽略了氫能路線，步調(diào)一致地選擇了純電。至于那些同樣致力于混動(dòng)的車企，例如中國(guó)的比亞迪以及日本的本田，被迫斥巨資走出一條自己的道路，最后性能卓越的DM-i以及iMMD，便是各方對(duì)“守財(cái)奴”的最有力回答。

“17寸大銀幕，觸覺(jué)反饋Yoke方向盤，換擋改在銀幕上，后座的小銀幕很可愛(ài)，X的后座更加地舒適了，整體操作速度真的快?！?/p>

2021年初，當(dāng)林志穎滿懷欣喜把弄最新款三電機(jī)版ModelX的時(shí)候，根本未曾料想過(guò)自己以及幼子，一年多后會(huì)遭此一厄。

就在上周五（22日）的上午，在臺(tái)灣地區(qū)桃園市中正北路上，林志穎駕著他那臺(tái)曾經(jīng)滿懷期待的“1020馬力、0~100km 2.1秒的加速”性能怪獸，遭遇險(xiǎn)境。

毫無(wú)征兆地，行駛中的車輛突然歪向一側(cè)，一頭撞上了道路中央的分離島。

從后來(lái)流出的監(jiān)控視頻中清楚了解之后的驚險(xiǎn)一幕：

撞擊發(fā)生僅僅36秒，這臺(tái)曾經(jīng)堪稱豪華純電汽車代表的Model X，便開(kāi)始噴出濃煙，燃起熊熊大火。

而不幸中的萬(wàn)幸的是，就在車輛爆燃前6秒鐘，撞傷昏迷并被困在車內(nèi)的林志穎父子，已經(jīng)被一群趕來(lái)施救的路人，奮力拖出了殘骸。號(hào)稱“凍齡”的亞洲小旋風(fēng)小子與其年幼的兒子，在這場(chǎng)慘劇中受傷輕微。

▲整個(gè)前車身已經(jīng)燒成了“渣”

“暫時(shí)不能確認(rèn)起火原因，若遇到緊急情況，主副駕駛有機(jī)械開(kāi)車門的裝置，可在斷電情況下強(qiáng)制解鎖車門，后排乘客可通過(guò)后備廂逃生。”

特斯拉的客服，在回應(yīng)記者就此事件詢問(wèn)時(shí)如此表示。同時(shí)其還強(qiáng)調(diào)稱：特斯拉（汽車）駕駛位附近并無(wú)易燃材質(zhì)。

然而這并非事實(shí)，因?yàn)榫驮隈{駛位的正下方，乃至于整個(gè)乘員艙的正下方，為這臺(tái)2.45噸巨獸那1020馬力澎湃動(dòng)力提供能源的100kWh電包，就在這里。

▲Model X“扎實(shí)”無(wú)比的底盤，100度電電池包占去了一多半的重量

撞擊分離島的巨大動(dòng)能，瞬間劈開(kāi)了整個(gè)車頭，擊破了電包脆弱的外殼。泄漏的電解液在極短的時(shí)間內(nèi)引起短路，釋放大量熱能，最終點(diǎn)燃了整個(gè)前車身。

筆者無(wú)法想象，這起事故如果發(fā)生在人跡較為罕至的地方，車內(nèi)這對(duì)父子將會(huì)迎來(lái)怎么樣可怕的命運(yùn)。

無(wú)論是基于安全還是為了追求更好的車輛性能，現(xiàn)在是到了去認(rèn)真考慮并且規(guī)劃固態(tài)電池商業(yè)化運(yùn)用的時(shí)候了。

關(guān)鍵詞： 能量密度 技術(shù)路線 行星齒輪