困擾固态電池量産的是技術？成本？還是制造？
2024 年，搭載高性能、長續航固态電池的智己汽車車型将率先實現規模化量産。
2025 年，智己、飛凡、榮威、MG 将推出多款搭載新一代固态電池的量産車型。
以上是電哥參加 " 上汽技術之旅 " 得到的一手消息，宣布固态電池上車上汽并不是第一個，但可能是最接近落地或者是最快落地的一個，畢竟它已經完成了裝車試驗。
關于固态電池，貌似大家都在努力攻關，其重要性不言而喻。
4 月，甯德時代發布凝聚态電池，單體能量密度達到 500Wh/kg。
7 月，衛藍新能源湖州基地固态動力電芯産業化工程項目全面進入投産期。
近期，豐田也宣布已經在固态電池技術上取得重大突破，能夠将電池的重量、體積和成本減半，并計劃到 2025 年推出配備先進固态電池的電動汽車。
一時之間，2025 年就成爲了固态電池大規模應用的時間節點。
可是要知道，早在 2020 NIO Day 上，蔚來便正式發布了續航超 1000km、采用固液混合電解質的 150kWh 半固态電池包。然而，時至今日這一電池包依然 " 隻聞其聲 "。
難道固态電池的導電率、阻抗、生産制造技術、成本都得到解決了？帶着這些疑問電哥是參觀了上汽和清陶合作的固态電池研發基地。
固态電池究竟有多香？
相較于傳統電池，固态電池的主要優勢在于，解決了能量密度和安全性兩大難題，對于目前廣泛使用的液态锂離子電池（三元锂和磷酸鐵锂）而言，固态電池一下子就解決了兩大痛點。
不管是三元锂還是磷酸鐵锂電池，它們的能量密度已經接近理論上的天花闆了，目前已商用的三元锂電池，能量密度大多在 300Wh/kg 以内，而注重安全性的磷酸鐵锂電池，能量密度通常不超過 200Wh/kg。
當然，理論上液态锂電池的能量密度還能進一步提高，但能量密度越高對于電池熱管控的要求也會越高，潛在的危險性也會越大。
出于安全考慮，現在的廠商更多的是從結構、模組形式上進行優化，像比亞迪的刀片電池、甯德時代的麒麟電池就是如此。
而固态電池可以讓電池内部更緊密、體積更小，将能量密度大幅提升至 500Wh/Kg 甚至更高。
安全性方面，液态锂電池一旦電池受到擠壓、沖擊，就會造成正負極短路産生大量熱量，加上液态電解質裏易燃的有機溶劑，結果就是電池起火爆燃。
反觀固态電池，它的正負極不容易發生短路現象，其次固态電解質不僅不可燃、不揮發甚至還能耐高溫，同樣極端情況下不會發生起火、爆炸。
既有高能量密度又有高安全性，固态電池究竟是什麽神仙結構？
從工作邏輯來看，固态電池和液态電池是一樣的，它最大的特點在于使用固體電解質替代了傳統锂電池的電解液和隔膜。
傳統的液态锂電池被科學家們形象地稱爲 " 搖椅式電池 "，搖椅的兩端爲電池的正負兩極，中間爲電解質（液态）。而锂離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在锂離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。
固态電池的原理并沒有發生變化，隻不過其電解質爲固态，锂離子依舊可以在正負極之間往返，并且固态電解質還擔當了分隔正負極的角色，所以說固态電池不再需要隔膜。
實際上，電解質的變化，可謂是牽一發動全身，使用全固态電解質後，锂離子電池的适用材料體系也會發生改變。
其中最關鍵的就是可以不用嵌锂的石墨負極，而是直接使用金屬锂來做負極，這樣可以明顯減輕負極材料的用量，金屬锂具有高達 3860 mA · h/g 的理論比容量及 3.04 V 的超負電極電勢，是高比能電池的理想負極。當三元锂電池能量密度在 300Wh/kg 掙紮時，固态電池的能量密度能夠輕松突破 400Wh/kg。
傳統锂電池如果采用金屬锂當負極，金屬锂在反複充放電過程中會出現粉化、枝晶生長等問題，導緻其循環性極差；更爲緻命的是，锂枝晶生長造成電池短路還會引發嚴重的安全事故。
所以傳統锂電池采用低容量，不容易讓锂離子生根發芽的石墨作爲負極。
可以想象，如果電解液變成固态電解質，金屬锂在反複充放電過程中就不具備生長空間，問題完美解決。
要從根本上提升能量密度，除了改變負極材料，正極材料同樣需要改變。
固态電解質相對于電解液來說電化學窗口會更寬，可以選擇容量更大的正極材料，提高比能量；也可以選擇電壓差更高的的正負極材料，都可以達到提升能量密度的目的。
阻礙固态電池量産的是什麽？
固态電池如此理想，那麽阻礙它量産的是什麽？
技術層面而言，一是電導率偏低問題；二是界面阻抗和穩定性問題。
所謂電導率偏低，即電子通過的效率低；界面阻抗大、界面分離，就是正負極與電解質的連接處存在電阻大，接觸不良的問題。
解決辦法是找到一種合适的電解質，讓它的結構能達到既讓锂離子順暢通過，又能解決接觸的問題。
目前有三種主流固态電解質，聚合物、氧化物、硫化物。
聚合物固态電解質在室溫下導電率低，能量上限不高，升溫後離子電導率大幅提高但既消耗能量又增加成本，增大了商業化的難度。
氧化物固态電解質綜合性能好，被認爲是最有吸引力的固态電解質材料之一，制約其發展的重要因素是電解質和電極之間界面阻抗較大，界面反應造成電池容量衰減，目前主要是國内企業主要研究的方向。
硫化物固态電解質電導率最高，研究難度最高，開發潛力最大，如何保持高穩定性是一大難題，目前主要是日韓企業投入了大量資金進行研究。
對于上汽和清陶能源而言，它們第一代固态電池選擇了氧化物 + 聚合物的技術路徑，第二代固态電池選擇了氧化物 + 鹵化物 + 聚合物的路徑，能夠較好的平衡成本和電池性能。
除了技術層面，材料和制造成本的影響又如何，根據清陶能源公布的成本預測，現階段的半固态成本與液态锂電池相當，第二代固态成本可以下降 20%，全固态則可以下降 40% 成本，可見阻礙固态電池全面落地的成本因素并不是太關鍵。當然，不同技術路線所用材料成本差異也會比較大。
不過，固态電池中由于沒有電解液，封存将會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。
并且，固态電池成組效率更高、采用的材料更少、結構更簡單，生産工藝流程是得到簡化的；相應地，電池包的保護系統、冷卻系統、BMS 等均可得到簡化。因此，固态電池實現量産後有望在材料和生産工藝兩個方面，實現比傳統锂離子電池更低的成本。
固态電池務實路線——半固态到全固态
回到文章開頭提到的部分，上汽集團将在 2024 年在智己品牌上率先裝車，不過其裝車的電池實際上還是含有一定百分比的電解液。
依據電解質含液态電解質含量分類，锂電池可分爲液态、半固态、準固态和全固态四大類，其中半固态、準固态和全固态三種目前都會被稱爲固态電池。
固态電池的叠代過程中，液态電解質含量将從 20wt% 降至 0wt%（重量含量百分數）。
按照時間表，清陶的第一代固态電池能量密度達到了 360Wh/kg，此時的液态電解質含量爲 5-15%；與上汽聯合研發的第二代固态電池，預計能量密度可以突破 400Wh/kg，同時液态電解質的含量降低至 5% 以内。
到 2027 年，第三代全固态電池能量密度可以突破 500Wh/kg，并且完全沒有液态電解質。
與豐田直接押注固态電池不同，我國電池企業普遍選擇 " 從液态到半固态再到固态 " 的漸進式發展路線，這是比較務實的叠代式發展方式。
畢竟早期純電動汽車開始投産的時候，150 公裏不到的工況續航，電池組重量比現在的還重還大，并且當年這樣的電池組一個造價超過 15 萬元，現在的固态電池面臨的就是這種局面。
從時間路線來看，上汽最快 2024 年裝車，2025 年全面鋪開，并且成本比同等規格的磷酸鐵锂和三元锂更低，我們也期待這樣的技術進步。
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