全固态电池研发进程加速，燃油汽车时代或将在10年后终结

10月9日，为表彰John·B·Goodenough（美国）、M·Stanley·Whittingham（英国）和AkiraYoshino（日本）三位科学家在锂电池领域做出的重要贡献，诺贝尔委员会将今年的诺贝尔化学奖颁给了他们。

除了屠呦呦和莫言外，上面这个美国人也应该被记住。第一因为很好记——Goodenough（足够好）；

第二因其在锂电池研究领域算是开山鼻祖了——其于1980发表的《Solid-SolutionOxidesforStorage-BatteryElectrodes》一文，拉开了锂电池研发的序幕，可以这么说，我们日常生活中凡是要用到锂电池的所有产品无一不嵌套着他的理论。

今年这三位科学家在锂电池上取得的突破，业界认为将加快全固态电池的正式商用进程(至少缩短5年)，而全固态电池这一被视为次时代的电池技术，其一旦正式商用或将改变现有汽车市场格局，具体原因车郎中会在下文详细分析。且在今年国内新能源汽车整体低迷的大背景下，这一消息让各大车企、电池企业看到了新的希望。

传统锂电池汽车发展受阻，全固态电池研发大势所趋

尽管诺奖和咱无关，但是不可忽视的事实是：中国、日本、韩国是当下全球锂电池产业链中站在顶端的三个国家（中国目前拥有全球最大的完整的锂电池产业链、全球7成以上的锂电池产能来自中国、有着以宁德时代、比亚迪为代表的走在行业前列的公司）。

动力电池作为电动新能源汽车的核心零部件，电池的能量密度和规模直接与电动汽车的续航里程成正比，但是传统锂电池因其本征结构（使用液体电解质）存在着致命缺陷：热失控率高——在受到外部撞击、划伤或其他极端情况时易出现短路继而具有易燃、易爆等特性。

这也是国内新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加的主要原因（电池自燃占比事故原因的31%）

频发的起火事件给新能源车的未来蒙上一层阴影。毕竟相比节能环保而言安全才是用户最看重的点，如果这点无法保障，必然将失去市场关注，虽然随着政府层面出台加强行业监管，企业方也在从各方寻求新突破以解决安全问题。但现实情况是在现有理论和技术下，尚无法完全取代液态可燃性有机电解质的使用，这就意味着电池系统的安全隐患没有得到彻底根除。

零自燃风险，高续航里程，面对阻碍新能源车未来发展的这两座大山，下一代锂电的风口在哪？

回望电池技术发展史，从早期的铅酸电池，到丰田等日本企主打的镍氢电池，再到08年特斯拉roaster使用的锂离子电池，传统液态锂离子电池已统治动力电池市场十年。

未来，能量与安全需求与传统锂电技术的矛盾将越来越凸显，在下一代锂电技术中，关注度最高的当属全固态电池，目前已引发全球范围的５０余家企业、机构开始布局，之所以全固态电池会得到如此之高的关注度是因为全固态电池从理论上来看，上述的热失控风险、能量问题都能得到完美解决。

首先，固态电池、全固态电池要分清

固态电池发展于20世纪70年代，最早应用于心脏起搏器。现阶段市面上所谓的固态电池其实都有液体成分，而且就算是液态占比达99%，还是会存在热失控等问题。

真正能解决问题的是全固态电池即100%全固体材料的锂电池。

全固态电池汽车的优势

1、电池更薄、体积更小，汽车动力储存更大

传统锂电池受制于工艺的原因，其中的隔膜和电解液就占据了电池中近40%的体积和25%的质量。

但全固态电池，因采用固态电解质，正负极之间的距离可以缩短到几到十几个微米，这样一来厚度得到大幅降低，在同等空间下全固态电池装载数量远大于传统锂电池，从而具有更大动力储存、更大续航里程的优点。

往大了说，厚度薄、体积小这一优势还可以让全固态电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用（在厚度达到毫米级以下后还可以柔性化开发，使其成为可弯曲可折叠的电池膜）而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的。

2、更安全

因为传统锂电池使用液体电解质，而液体电解质具有易燃、易爆、易挥发的特性，在受到外部撞击或者其他极端情况时，就会发生电池短路，继而起火燃烧的特性，无法提供足够的安全保障。

但全固态电池使用固态电解质没有电解液具有不可燃、无腐蚀、不挥发的特性，且不存在漏液问题，相较于传统电池在热稳定性上有先天优势，理论上讲安全性上，全固态电池汽车可以吊打现有的所有锂电池汽车。

3、电池能量密度更高，汽车续航更大

与目前市面上的液态锂离子电池相比，全固态电池除了安全性高外，能量密度高也是其最大的亮点。

能量密度高的核心就是可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样除了减轻负极材料的用量外，还使得整个电池的能量密度有明显提高，因其负极可采用金属锂，电池能量密度有望达到300～400Wh/kg甚至更高，可匹配高电压电极材料，进一步提升质量能量密度，应用到汽车上将大大提升续航能力（现在许多实验室中，都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了一般锂离子电池是100-220Wh/kg）。

此外，许多新型高性能电极材料，可能之前与现有的电解液体系的兼容性并不好，但是在使用全固态电解质后该问题可以得到一定的缓解。除了以上3大优点外，全固态电池汽车还具有：电池循环寿命长、工作温度范围宽、电池回收方便、可快速充电、生产效率高等优点。

目前全固态电池汽车的技术瓶颈

任何事物都有两面性，全固态电池虽然有种种优点，但是以现有的技术和理论还不能做到量产商用，主要原因有以下几点。

1、成本昂贵

全固态电池的实际生产中，具有良好性能的材料成本昂贵，而成本可接受的材料的导电度与稳定性较差。

目前市场上的传统锂电池成本大约在200-300美元/千瓦时，而生产满足智能手机供电需要的固态电池成本则需要1.5万美元（按现有技术条件），要生产用于电动汽车的全固态电池，据估算（按现有技术条件）成本费用约为9000万美元（车郎中反复确认过数据，并没写错）。

2、技术困难

从电解质上进行划分，固态电池电解质可分为聚合物型、氧化物型、硫化物型和卤化物型，在现阶段技术条件下各自均有不同的缺点。

以聚合物固态电解质为例，虽然该类型电解质具备较出众的机械加工性能，但它的问题就是需要加热到60度，离子电导率才上来，电池才能正常工作。早在2015年法国就已经生产出了聚合物固态电解质锂电的电动车，该车必须持续性将电动车电池加热稳定在60-80°C这一区间来维持电池内部的导电能力，最终受制于成本和技术并未量产。

换言之，如何提升固态电解质的电导率，并扩宽其工作范围，是亟待解决的一大难题。

另一难题是固态电解质和电极的界面处理，因为在固体电解质中锂离子传输阻抗很大，与电极接触的刚性界面接触面积小，在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定，如何提升界面稳定性目前也没有可行的解决方案。

全固态电池汽车或将在10年后正式量产

目前全固态电池的研发除了相关机构与供应商外，各大车企也早把目光锁定在了该技术上。在这场与时间赛跑的研发中，可以说固态电池一旦正式研发成功并投产，则意味着全球范围内的能源布局将会改写，研发者同时将掌握次世代顶尖的不亚于核能的能源技术。放眼全球，目前对全固态电池研发进度上，中日两国并列前驱，其次则是三星和LG牵头的韩国。

日本38家机构联合研发全固态电池，丰田是龙头。自2018年始，以丰田为首的包括本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构在内的日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）就已经开始了全固态电池核心技术的开发。该项目预计总投资100亿日元（约合5．8亿元人民币），预计在2022年全面掌握全固态电池相关技术。

在这场研发中，丰田几乎动用了原来所有搞双擎的原班人马的技术实力，其侧重硫化物固态电解质技术路线也已曝光。据此前丰田发布的消息来看，第一代固态电池的大规模量产时间为2030年，且作为第一代还不能做到全固态电池全部的能力，仍然是基于锂电池的技术核心。

要到2030年之后的第二代固态电池，才能完全抛弃锂电池的技术形态，实现真正意义上的全固态电池大规模量产，实现对燃油汽车市场的吊打和行业颠覆。

丰田生产的固态电池

宁德时代较为保守，尚无关于研发进度的官方消息，但在一些关键技术的研发上，据说已经走到了所有对手的前面，但在一些技术方面落后于日本。在早些时候，大众、宝马均已与宁德时代就锂电池研发展开合作。

至于韩国军团，最近受日韩贸易争端影响，很大一部分固态电池的核心材料被日本禁运（看样子日韩贸易战大有深意）目前进度应该是大大落后了。

业界普遍估计，要真正意义上实现全固态电池的量产，要到2035-2040年左右。

车郎中估计：得益于今年斩获诺奖的三位科学家在锂电池上取得的研究突破，这个时间点有望再提前至少5年，届时燃油汽车市场势必受到强烈冲击，但最终结果如何，谁都无法预测，时间会给我们答案。

结语

随着中国成为世界上最大的汽车生产国和消费国，伴随着的环境污染和能源紧缺问题，倒逼新能源汽车加快研发升级。而全固态电池作为新能源汽车未来发展中最关键的部分，相信不管是车企还是各研究结构，在这场与时间的赛跑中必将全力以赴。因为在未来谁率先掌握这项技术，给整个汽车市场带来的变化将是翻天覆地的，说重新洗牌整个行业也不足为过，并且其在未来带来的主动权、话语权将不仅仅限于汽车行业，毕竟这是重要性不亚于核能的次世代新能源核心技术。

最终固态电池会花落谁家，我们拭目以待。