近日，福特與寶馬宣布向美國固態電池企業Solid Power擴大出資，而在此前幾個月，蔚來、比亞迪等車企也公布了相關布局，仿佛就在一夜之間，固態電池成為了2021年起動力電池領域最熱的關鍵詞。那么，當前都有哪些企業選擇固態電池？與被此前廣泛應用的三元鋰電池以及磷酸鐵鋰電池相比，固態電池為何備受追捧？它的到來又將給消費者帶來什么改變呢？

“新老勢力”先后轉向固態電池

一直以來，動力電池都是電氣化時代頗受關注的關鍵環節，不過在最近一段時間，這一領域似乎出現了“新貴”——固態電池。

從外媒獲悉，德國寶馬與美國福特在5月3日正式宣布向美國固態電池企業Solid Power擴大出資，再加上其他公司，此次Solid Power共計拿到了1.3億美元資金。而值得注意的是，這并不是近期唯一受到市場追捧的固態電池企業。2020年11月，一家名為Quantum Scape（簡稱QS）的美國固態電池企業借殼上市登陸美國紐交所，盡管銷售額為0，但市值一直超過1000億元，甚至股價最高時市值一度超過3000億元，成為股民口中的電池領域“妖股”。

在資本市場之外，近期在全球汽車市場中，固態電池產品也是高頻出現。國內方面，2021年1月，蔚來汽車在NIO Day上正式宣布，其將在2022年發布一款單體能量密度達360Wh/kg的固態電池包產品，支持其新款車型ET7續航突破1000公里。2021年4月，長城汽車旗下的蜂巢能源宣布聯手中科院建設固態電池技術研究中心，計劃2025年在量產車上應用能量密度達350-500Wh/kg的固態電池。

國外方面，現代汽車正在加速推進固態電池的研發工作，并計劃在2025年試生產配備固態電池的電動車，2027年部分批量生產；QS預計最早將在2024年為大眾電動汽車生產固態電池；豐田汽車計劃在2025年與松下合作推出一款使用固態電池的限量發售的電動汽車；本田本年度將開始全固態電池生產技術驗證，并力爭應用到2020年代后期的車型上。

固態電池為什么能獲得市場的青睞？

從國內的蔚來、長城再到國外的豐田、寶馬等跨國巨頭，就當前產品規劃來看，固態電池已然成為他們比拼的下一個關鍵戰場。而在動力電池市場的這種轉變背后，依舊是電池能量密度和安全的博弈。

眾所周知，按照材料劃分動力電池有多種技術發展路線。不過，當下市場中主流的只有磷酸鐵鋰和三元鋰電池兩種。其中，成本低、材料結構穩定、安全性更高的磷酸鐵鋰電池，在能量密度、充放電功率以及體積上表現較差；能量密度更高、體積更小的三元鋰電池，成本高昂同時在安全性上則有所欠缺。由于彼此存在的優劣，在過去幾年里，磷酸鐵鋰和三元鋰電池從來沒有以絕對性優勢壓倒對方。但值得注意的是，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池當前這種“二分天下的和平局勢”已經越來越脆弱。

磷酸鐵鋰電池的代表產品：刀片電池

伴隨著新能源汽車的不斷發展，當前市場對于動力電池的要求越來越高，無論是在續航、能量密度還是安全方面，優缺點明顯的各類鋰電池已經明顯不太適應新時代的要求。公開數據顯示，自2008年鋰電池應用到新能源汽車領域以來，動力電池的能量密度已經由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。行業普遍認為，300Wh/kg的能量密度將是液態電解質鋰電池的天花板，這也就意味著，使用當前技術路線的動力電池產品的潛力幾近被榨干。

事實上，就在今年第七屆中國電動汽車百人會論壇上，中國工程院院士陳立泉就曾當眾呼吁“固態鋰電池要大干快上，引領電動中國。”陳立泉表示，液態鋰電池容易引發安全憂慮，能量密度也已到達極限，下一步要發展固態電池，或者逐漸過渡到全固態鋰電池。

據了解，與磷酸鐵鋰/三元鋰電池不同，固態電池將液態電解質替換為固態電解質，不易起火和爆炸，極大地降低了熱失控風險，同時得益于封裝及冷卻的不同，固態電池可以在有限空間里進一步縮減電池重量，體積能量密度較液態鋰電池（石墨負極）提升70%以上，達到500Wh/kg。

值得一提的是，來自國信證券經濟研究所整理的資料顯示，伴隨著固態電池規模化生產以及工藝改進，其成本有望迅速降低。以輝能固態電池包為例，當其電芯產能達到 20GWh時，雖然電芯成本依然是相同能量密度的液態電芯的1.1 倍，但電池包成本只有98%；如果采用MAB（固態電池的一種架構），其成本僅有同類別液態電池的7成。

從實驗室到落地 固態電池仍需5-10年

從安全性、能量密度以及成本方面來看，固態電池都已經完全打破了液態電解質鋰電池身上的桎梏，甚至可以說是新能源汽車續航里程更上一層樓的希望所在。不過，任何一項新興技術從誕生到量產都需要走過很長一段時間，固態電池也不例外。

限制固態電池落地的核心技術難點就在于電解質。當前，固態電池可根據電解質的不同細分為四大技術路線：聚合物、薄膜、硫化物和氧化物。其中，日韓企業多采用硫化物固態電解質技術路線，中國企業以氧化物路線為主，歐美企業發展則更為均衡，如寶馬福特押注的Solid Power主要研發基于硫化物的全固體電池，“妖股”QS固態電池走的是氧化物路線。不過，無論采用哪種電解質材料，想要實現量產，都仍存在巨大的挑戰。

“薄膜固態電池和氧化物固態電池難以研制大容量動力或儲能電池；聚合物固態電池受限于現有PEO（聚氧化乙烯）材料體系，無法在室溫下工作且難以兼容高電壓正極；硫化物固態電池則面臨電解質對空氣敏感、制造條件苛刻、原材料昂貴、規模化生產技術不成熟等問題。”一位來自中國科學院物理研究所的相關專家表示，“受當前技術水平的限制，距離固態電池規模化量產預計還需要5-10年時間。從液態到全固態，中間還應該通過一個‘固液混合’電池實現過渡。”

事實上，將于2022年量產的蔚來ET7采用的也是這種技術路線，而非一步到位的全固態電池。解釋起來比較拗口，但本質上蔚來ET7的固態電池就是同時含有固態電解質和液態電解質的鋰電池，即過渡時期的“固液混合”技術路線。

至于全固態電池，各大動力電池企業以及主機廠也在想辦法攻克難關。據悉，寶馬和福特看好的Solid Power已經開始生產20Ah的全固體電池，計劃2022年在試制生產線上生產大容量的100Ah的產品。寶馬電池技術主管Peter Lamp稱，拿到B輪融資后的Solid Power有望在未來10年內量產供應電動車所需固態電池。QS則將量產時間定在2024年，并表示將與大眾集團成立合資企業生產固態電池，并為其電動車供應電池。

得到一汽、天際、蔚來以及愛馳青睞的國內固態電池企業輝能科技此前同樣公布了時間節點，預計將在2023年進行試產，2024年量產。此外，輝能科技的原型電池已經制造出來，質量能量密度達到383Wh/kg，體積能量密度為1025Wh/L，循環測試可以做到500次。在這三家市場龍頭之外，豐田也是業內公認的固態電池領域最有實力的玩家之一。按照規劃，豐田計劃于2021年推出原型車，2025年左右開始量產。

就目前各企業公布的信息來看，各家的全固態電池的量產時間都非常接近，20205年已經成為一個關鍵時間節點。而在此之前，如蔚來ET7一般采用的“固液混合”技術路線的產品將會搶先一步上市，動力電池市場新一輪比拼或許就此展開。