不要對(duì)固態(tài)電池有太多幻想

“期望越大，失望越大”，這句話，值得我們?cè)诤芏鄷r(shí)候細(xì)細(xì)品味。

一件本來(lái)還算不錯(cuò)的事情，倘若我們對(duì)它抱有過(guò)高的期望，那么等它落地之后，我們只要看到了一點(diǎn)點(diǎn)缺陷，都會(huì)產(chǎn)生巨大的落差感，哪怕這件事兒本身并不差。

這就是人性，而人性左右了市場(chǎng)，特別是資本市場(chǎng)。

固態(tài)電池最近這段時(shí)間很火，隔三差五就會(huì)有新的技術(shù)突破，老局也觀察了很久，尤其是作為一個(gè)新能源汽車車主，每次看到這些技術(shù)突破，更是會(huì)有一種“買車買早了”的后悔感。

但問(wèn)題是，固態(tài)電池真的就有那么神奇嗎?真的就能滿足人們的各種期望嗎?

答案，其實(shí)是處于一個(gè)既肯定又否定的疊加態(tài)。

說(shuō)肯定，是因?yàn)楣虘B(tài)電池有它自己的優(yōu)點(diǎn)，極為突出且無(wú)可替代。

說(shuō)否定，是因?yàn)樗娜秉c(diǎn)和瓶頸同樣不可忽視，且并非都是技術(shù)問(wèn)題。

在老局個(gè)人看來(lái)：固態(tài)電池當(dāng)然是一個(gè)好東西，但我們對(duì)它也確實(shí)產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的期望——我們需要從一個(gè)更全面、更客觀的角度去評(píng)估固態(tài)電池的價(jià)值。

一句話：固態(tài)電池值得，但還是建議大家不要對(duì)固態(tài)電池抱有太多的幻想。

固態(tài)電池和液態(tài)電池的

本質(zhì)差別

討論固態(tài)電池之前，我們得先了解一下電池的結(jié)構(gòu)和原理，否則后面很多東西理解起來(lái)就比較麻煩。

鋰電池的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜：一邊是正極，通常使用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料(鎳鈷錳酸鋰)等含有鋰的化合物制作。另一邊則是負(fù)極，最常見(jiàn)的材料是石墨以及比較新潮的硅基材料。在正負(fù)極之間，則是電解質(zhì)和隔膜，其中電解質(zhì)負(fù)責(zé)傳輸鋰離子，隔膜則負(fù)責(zé)分開正負(fù)極、防止短路。

充電的時(shí)候，外界的電壓驅(qū)使正極上的鋰離子離開，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)的傳遞，穿越隔膜，最終嵌入負(fù)極材料上。與此同時(shí)，電子也經(jīng)由外部線路，從負(fù)極來(lái)到正極處。

而在用電的時(shí)候，由于正極那邊已經(jīng)沒(méi)有了外界的電壓，鋰離子則會(huì)從負(fù)極經(jīng)過(guò)電解質(zhì)、隔膜而返回正極。同時(shí)，電子也會(huì)走外部線路從正極流出，從而形成了供我們使用的電流。

不論固態(tài)還是液態(tài)，上述這些原理都是通的。由此可見(jiàn)，固態(tài)電池和液態(tài)電池在底層原理上并沒(méi)有太大的不同。

兩者之間的區(qū)別，在于中間的電解質(zhì)形態(tài)上——液態(tài)電池用的自然是液態(tài)電解質(zhì)，往往采用“鋰鹽+有機(jī)溶劑”的配方，而固態(tài)電池則是用固體材料，有硫化物、氧化物、凝聚態(tài)等不同的技術(shù)路線。

因此，固態(tài)電池和液態(tài)電池之間一切差異的本源，其實(shí)是在微觀尺度下，電解質(zhì)形態(tài)不同而產(chǎn)生的不同影響。

在液態(tài)電池里，正負(fù)兩極都浸泡在液態(tài)的電解質(zhì)中。在微觀尺度下，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：液態(tài)電池的電極完全被電解液所浸潤(rùn)，彼此之間親密無(wú)間，鋰離子的通道暢通無(wú)阻。

這也就導(dǎo)致液態(tài)電池可以擁有更高的“倍率性能”，享受到更快的充電速度和更大的放電功率。

同理，恰恰也因?yàn)椤巴耆?rùn)”，所以電極和電解液之間無(wú)時(shí)無(wú)刻都在進(jìn)行著反應(yīng)，這也就極大限制了人們選擇電極材料的范圍——以負(fù)極材料而言，科學(xué)家們雖然知道采用鋰金屬負(fù)極可以獲得更高的能量密度，但因?yàn)殇嚱饘儇?fù)極會(huì)和電解液持續(xù)反應(yīng)，所以在現(xiàn)實(shí)里只能退而求其次，選擇弱得多但足夠穩(wěn)定的石墨負(fù)極。

另外，之所以我們會(huì)覺(jué)得液態(tài)電池不安全，其實(shí)一部分問(wèn)題就出在了液態(tài)電解質(zhì)上面——鋰鹽本身并非易燃易爆物質(zhì)，但電解液里的有機(jī)溶劑(碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等)都是極度危險(xiǎn)的化學(xué)品。

一旦電池進(jìn)入熱失控，電池內(nèi)部就會(huì)引發(fā)各種連鎖反應(yīng)，甚至都不用很熱，只要100多度就已經(jīng)足夠啟動(dòng)“毀滅之旅”了——110度左右，石墨負(fù)極就會(huì)開始和電解液反應(yīng)，150度左右，隔膜就會(huì)融化，進(jìn)而導(dǎo)致短路，溫度急劇升高——電解質(zhì)里的有機(jī)溶劑受熱會(huì)分解出氫氣、一氧化碳、甲烷、烴之類的易燃易爆氣體，正極材料則會(huì)在高溫下分解釋放出大量的氧，只要溫度再高一點(diǎn)點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致劇烈的燃燒乃至爆炸。

而在固態(tài)電池里，情況正好是反過(guò)來(lái)的。液態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，卻恰好造就了固態(tài)電池的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

在固態(tài)電池里，固態(tài)的正負(fù)兩極和固態(tài)的電解質(zhì)之間看似密切貼合，實(shí)際不過(guò)是無(wú)數(shù)個(gè)“點(diǎn)接觸”而已，根本沒(méi)辦法形成液態(tài)那樣的“面接觸”，鋰離子的通道崎嶇坎坷、并不通暢(所謂固-固界面阻抗高)。

這種結(jié)構(gòu)的好處很顯著——既然彼此不貼合還都是固體，那么電解質(zhì)和電極之間的界面反應(yīng)也就沒(méi)那么活躍，那就可以用上各種逆天材料，能量密度理論上可以做得非常大。

但壞處也是一目了然，同樣是因?yàn)椴毁N合，所以若是不借助加壓之類的技術(shù)手段，固體電解質(zhì)和電極之間就總是接觸不良，倍率性能肯定也就不怎么好看，充電速度和放電功率都會(huì)打折。而且固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率也顯然不如電解液那么高，進(jìn)一步導(dǎo)致固態(tài)電池里離子之間的遷移堪比堵車現(xiàn)場(chǎng)。

當(dāng)然，“安全”這塊，固態(tài)電池還是相當(dāng)?shù)轿坏摹捎诓恍枰娊庖海陌踩蕴烊痪蜁?huì)比液態(tài)電池好很多。在固態(tài)電池的隊(duì)伍里，不論是氧化物電解質(zhì)還是凝聚態(tài)電解質(zhì)，都擁有著優(yōu)秀的耐高溫性能——氧化物電解質(zhì)更是可以頂著600度的高溫依舊穩(wěn)如泰山，顯示出了超強(qiáng)的安全性。

固態(tài)電池真正的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)是什么?

看到上面的內(nèi)容，大家似乎會(huì)覺(jué)得固態(tài)和液態(tài)似乎各有千秋，都不差勁。

實(shí)際上，液態(tài)電池早就已經(jīng)不行了，未來(lái)注定屬于固態(tài)——液態(tài)電池就好像一個(gè)精通武學(xué)的老江湖，雖然拳法爐火純青，但畢竟日暮西山，早已顯露疲態(tài)。而固態(tài)電池，則好比是一個(gè)初出茅廬、一身腱子肉的愣小子，雖然武功還不成熟，但時(shí)間站在他這邊，已經(jīng)勢(shì)不可擋了。

相比起液態(tài)電池，固態(tài)電池真正無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)并非安全性，而是極高的能量密度潛力以及隨之而來(lái)的經(jīng)濟(jì)性。

眾所周知，液態(tài)電池的能量密度做到300wh/kg已經(jīng)是極限了。常見(jiàn)的三元鋰電池能量密度也就200wh/kg上下，磷酸鐵鋰更是只有120wh/kg。但對(duì)固態(tài)電池來(lái)說(shuō)，300wh/kg只是入門，400wh/kg也只能說(shuō)是行業(yè)普遍水平，寧德時(shí)代和比亞迪這倆巨頭，現(xiàn)在都在沖擊500wh/kg。

這也就意味著：同樣是獲得一度電，如果選擇液態(tài)電池方案，你需要5公斤的三元鋰電池或者8公斤多的磷酸鐵鋰電池。但如果選擇固態(tài)電池，獲得一度電只要2公斤多一點(diǎn)就ok了。

當(dāng)下純電汽車的動(dòng)力電池，很多都已經(jīng)來(lái)到了100度的水平，液態(tài)電池包的重量也升高到了500kg乃至1噸多，對(duì)應(yīng)的續(xù)航里程也普遍都拉到了700km左右。

對(duì)于家用車而言，電池在重量上已經(jīng)到了極限，但續(xù)航里程的焦慮不僅沒(méi)有平息，反而更嚴(yán)重了——電池變大了，車子的自重也變大了，從底盤到懸架，從操控性到安全性，所有系統(tǒng)都會(huì)因?yàn)楦蟮碾姵匕艿接绊憽?/p>

邊際效應(yīng)注定了收益會(huì)降低，電池包越大綜合收益就越低，電池容量的提升，并不能抵消體積和死重增加帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。

而如果用固態(tài)電池，那情況就很不一樣了。

同樣100度的動(dòng)力電池包，固態(tài)方案的重量只要200多公斤，如果學(xué)液態(tài)電池那樣把重量堆到1噸多，那么你將獲得一個(gè)500度的超級(jí)電池——即便按照百公里18度電的能耗水平，續(xù)航里程也能超過(guò)2700公里。

什么里程焦慮?根本不存在的。

兄弟我500塊錢充滿電，能從北京到武漢跑個(gè)來(lái)回。

這種超高能量密度所帶來(lái)的超強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性，才是固態(tài)電池碾壓液態(tài)電池的根本優(yōu)勢(shì)。

不過(guò)，這種好事兒咱們現(xiàn)在也就只能想想了。

倒不是說(shuō)固態(tài)電池技術(shù)達(dá)不到這個(gè)水平，實(shí)在是因?yàn)樵诋?dāng)下的技術(shù)水平上，雖然可以造一輛這樣的車，但價(jià)格也不是一般家庭能遭得住的——相比起液態(tài)電池，固態(tài)電池的真正的劣勢(shì)并不在于倍率性能之類的技術(shù)指標(biāo)，而是在于成本。

獲得一度電，你需要8公斤的磷酸鐵鋰電池或者5公斤的三元鋰電池，這不假。

但從生產(chǎn)成本上看，磷酸鐵鋰電芯的成本已經(jīng)被壓到極致，來(lái)到了0.4元/wh的超低水平，容納一度電的成本不過(guò)400元而已;縱然是高端的三元鋰電芯，成本也只要0.8元/wh，容納一度電的成本也就800元上下。

根據(jù)最新的消息，有一些喪心病狂的電池企業(yè)，已經(jīng)干到0.25元/wh的逆天價(jià)位了。

反觀固態(tài)電池，那可就貴到?jīng)]邊兒咯。

目前來(lái)看，即便是最便宜的固態(tài)電池，成本也在1.5元/wh的水平，容納一度電的成本需要1500元，而較貴的固態(tài)電池，成本則要5元/wh，容納一度電要5000元。

咱們就按照50度的電池包來(lái)算，液態(tài)方案生產(chǎn)成本一般就4-5萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)的車價(jià)大概是12-15萬(wàn)左右，很標(biāo)準(zhǔn)的家用車價(jià)格區(qū)間。

若是固態(tài)方案，50度的電池包，最便宜也要7-8萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)車價(jià)則來(lái)到了21-24萬(wàn)元的價(jià)格區(qū)間，這就已經(jīng)有點(diǎn)小貴了。

都這個(gè)價(jià)格了，我為什么不買一輛用液態(tài)電池但有100度容量的車呢?

我之前提到的那種500度超級(jí)電池，要是用固態(tài)電池來(lái)做，那么電池包最便宜也要75萬(wàn)元，成本漲100萬(wàn)元也屬于合情合理。而對(duì)應(yīng)的車價(jià)，則來(lái)到了300萬(wàn)-400萬(wàn)區(qū)間。

誰(shuí)也不會(huì)浪到花幾百萬(wàn)買一個(gè)這種東西，就為了享受一下那500度大電池。

因此，現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急是先把固態(tài)電池的生產(chǎn)成本狠狠地打下來(lái)，然后才能談那些星辰大海的事情。

打下來(lái)了，以后那就是天下太平，國(guó)產(chǎn)新能源將會(huì)以無(wú)與倫比的性能震撼世界。不光是車載動(dòng)力電池，無(wú)人機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦、儲(chǔ)能站、電網(wǎng)、新式武器裝備等等和電池有關(guān)的行業(yè)都會(huì)受益。

打不下來(lái)，那我們就會(huì)面臨一個(gè)“高不成低不就”的尷尬局面：固態(tài)電池會(huì)被困在實(shí)驗(yàn)室和小眾高端領(lǐng)域，無(wú)法普及。它就像一臺(tái)華麗的概念車，人人都說(shuō)好，但誰(shuí)都買不起、用不上。

固態(tài)電池的成本，卡在了哪里?

卡住固體電池成本的問(wèn)題很多，從工藝到技術(shù)再到管理都有，但歸根結(jié)底，其實(shí)還是市場(chǎng)發(fā)展階段的問(wèn)題。

先說(shuō)工藝和技術(shù)上的事兒吧。

對(duì)于許多工業(yè)品而言，成本打不下來(lái)有幾個(gè)典型的原因：一是原材料太貴，二就是良品率太低，三是工藝太復(fù)雜，四是訂單不足沒(méi)法形成規(guī)模效應(yīng)，而且四者之間往往互相作用。

而固態(tài)電池身上，四者兼而有之，debuff已經(jīng)疊滿了。

原材料方面，固態(tài)電解質(zhì)當(dāng)下的生產(chǎn)成本那是相當(dāng)高的，電解液的價(jià)格現(xiàn)在已經(jīng)非常便宜了，一公斤不到40人民幣，不比豬肉貴多少，一公斤豬肉吃不了三天，一公斤電解質(zhì)起碼能用三年。

反觀固態(tài)電池這邊，不管是聚合物電解質(zhì)PEO，還是氧化物電解質(zhì)LLZO，每公斤的價(jià)格都成千上萬(wàn)，硫化物電解質(zhì)(鋰磷硫氯)更是貴到了接近4萬(wàn)元/公斤的價(jià)格——我電腦差不多也是一公斤重，整體也才一萬(wàn)多的價(jià)格。

良品率方面，液態(tài)電池已經(jīng)是非常成熟的產(chǎn)品了，良品率都不用討論。固態(tài)電池這邊，目前良品率普遍連70%都不到，大量的原材料和工時(shí)其實(shí)都被殘次品給浪費(fèi)掉了。

工藝上，液態(tài)電池這么多年早就已經(jīng)把各方面都跑通了，不論是產(chǎn)線設(shè)備還是有經(jīng)驗(yàn)的工程師，在中國(guó)的市場(chǎng)上都是敞開供應(yīng)的。但固態(tài)電池就不一樣了，為了解決界面阻抗，需要用到等靜壓設(shè)備，硫化物在空氣中遇到水蒸氣就分解硫化氫的特性，更是要求硫化物的生產(chǎn)時(shí)刻要處于絕對(duì)干燥乃至惰性氣體環(huán)境之中。

至于訂單量什么的......又貴，造起來(lái)講究還多，良品率又低......您要是工程師，您會(huì)給這種東西下訂單嗎?

寧德時(shí)代和比亞迪兩個(gè)巨頭，其實(shí)都有布局固態(tài)電池。但現(xiàn)在的局面是，明明可以靠著成熟、廉價(jià)的液態(tài)電池就占盡市場(chǎng)，為什么還要吃力不討好地改造、新建產(chǎn)線來(lái)做固態(tài)電池呢?

其實(shí)，如果我們想把固態(tài)電池的成本打下來(lái)，那也是非常有跡可循的。

想當(dāng)年，我們也曾經(jīng)把液態(tài)電池的成本從云端一腳踹進(jìn)了塵埃之中。

十五年前的2010年，液態(tài)電池一度電的價(jià)格高達(dá)1200多美元(1.2美元/wh)，折合人民幣8000多元，也是貴得離譜。但到了2021年，這個(gè)價(jià)格就被打到了130美元/度(0.9元/wh)的水平。

當(dāng)時(shí)幫助我們把液態(tài)電池打下來(lái)的，是以手機(jī)、平板電腦為代表的消費(fèi)電子行業(yè)。

從成本角度去分析，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：消費(fèi)電子這個(gè)行業(yè)在“降低電池成本”這個(gè)任務(wù)上實(shí)在是過(guò)于“專業(yè)對(duì)口”。

當(dāng)年鋰電池的制造成本再高，在手機(jī)、平板這種高價(jià)值產(chǎn)品面前也還是太廉價(jià)了——在汽車上，電池包在整車成本中的占比大概在30%-40%，電池價(jià)格對(duì)整車價(jià)格具有決定性作用，導(dǎo)致車價(jià)被電池價(jià)格綁架，電池成本下不來(lái)，造車成本就下不來(lái)。

而在手機(jī)和平板電腦上，電池占整體成本的比重卻僅有5%-15%，不能說(shuō)忽略不計(jì)，起碼也是輪不到它來(lái)說(shuō)話。

2005年-2012年，在這個(gè)消費(fèi)級(jí)鋰電池的導(dǎo)入期，電芯價(jià)格從1美元/wh降低到了0.5美元/wh。而在2012年-2015年智能手機(jī)的高速增長(zhǎng)期，電芯價(jià)格繼續(xù)下行，被干到了0.3美元/wh及更低的水平。

于是我們可以看到：在2015年前后，市場(chǎng)上突然崛起了大量新能源品牌，蔚來(lái)、小鵬、理想三家，幾乎都是此時(shí)前后成立的。

電池價(jià)格已經(jīng)到這個(gè)份兒上了，再不入局，就不禮貌了。

因此，對(duì)于固態(tài)電池而言，既然當(dāng)下想要降低成本，那就不能光想著一步到位裝上車，反而要走“曲線救國(guó)”的路線，先從無(wú)人機(jī)、手機(jī)、平板這些電池價(jià)格不敏感的東西上下做文章。

只是，現(xiàn)在手機(jī)行業(yè)也沒(méi)有當(dāng)年那么豪橫的增量狂潮，也開始卷生卷死了——手機(jī)廠商們?nèi)缃褚苍阱O銖必較地研究降本增效，在這種局勢(shì)下，成本高昂的固態(tài)電池又要如何求生呢?

結(jié)尾：固態(tài)電池值得

但飯要一口一口吃

固態(tài)電池這碗飯當(dāng)然很好，但終究還是要一口一口吃掉的。

最近的一些技術(shù)曝光，其實(shí)就在告訴我們：中國(guó)的固態(tài)電池正在一步步變好。

10月7日，新華社公布了一則消息：中科院物理所旗下的黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華中科技大學(xué)、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種陰離子調(diào)控技術(shù)，解決了固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的界面難題，不僅解決了之前的“界面阻抗”問(wèn)題，還可以延長(zhǎng)電池壽命，幾百次循環(huán)后依舊性能穩(wěn)定，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水準(zhǔn)。

你看，技術(shù)的問(wèn)題，終究還是要等技術(shù)突破的。

畢竟，在固態(tài)電池這條路上，我們背靠著的是世界頭號(hào)消費(fèi)電子生產(chǎn)國(guó)和頭號(hào)新能源汽車生產(chǎn)國(guó)——需求端始終是旺盛的，只看生產(chǎn)端能不能滿足需求了。