固态电池的荆棘之路

文 / 黄耀鹏

如果要评选电动汽车技术的“跳票王”，固态电池是有力的竞争者，可能和高等级自动驾驶在伯仲之间，而后者并不天然锁定于电动车。两者的共同点，都是打破了无数商业化前景的预言。

上海车展上，固态电池变得低调了很多，没有一款车实际搭载，开的都是2025年兑现的“支票”。而且言辞上也保守了很多，什么试产、预量产、小规模搭载等等，也有一些主机厂将承诺期限延长到2028年甚至2030年。

而互联网是有记忆的。2020年的时候，许诺2023年投产的有好几家。现在不过是将承诺期往后挪了几年，舆论也已经“脱敏”，对此关注的不多，似乎没把新承诺当回事。

乐观基调消失

在这里，我们还是要提到韩国，因为韩国是唯一由政府出面、组织固态电池在内的一揽子“先进电池技术”攻关项目的国家。

干活的是电池企业，但牵头投资的是政府。4月20日韩国宣布，将由政府和企业共同出资20万亿韩元（约合1050亿元人民币）。这就打破了政府作为监管和政策制定的角色设定，目标则是“维持韩国在动力电池领域的绝对实力”。

不清楚“绝对实力”，指的是现在电动车正在使用的锂离子电池，还是固态电池。前者已经没有比的必要，后者则明显是丰田占优。

自从2008年开始牵头研发固态电池以来，丰田签署的合作伙伴有七八家，截至2022年专利累积到1300多项，相当于排名2-5名（松下、出光兴产、三星、村田）之和。事实上，专利个数排名前10的，全是日韩企业。

但丰田2021年就已经改变了“2025年量产”的口风，丰田某高管当时表示，在全固态电池方面“进展不乐观”。对了，这句话是在“2030年电池战略会”上讲的。对2030年这个年份，不必太在意，它只是表明丰田在巨额投入之后，已经将全固态电池视作技术储备，判定暂时很难兑现商业价值。

这一判断和宁德时代相差不多，董事长曾毓群表示：“固态电池有很多科学及技术的基础问题尚未解决，我们公司深耕十多年，仍然认为难以形成有技术可行性和市场竞争力的产品。”

电动汽车供应链的规律，是同代产品的生产规模，决定商业竞争力。固态电池即便上车，甚至主流化，也很难颠覆现有格局。

专利不等于商业前景

固态电池技术，理论上比液态锂电池安全性更好（没有易燃的电解液），更长的续航能力（能量密度更高）、低温不怕电量跳水（还是因为电解液）、循环次数更多（其实磷酸铁锂的循环次数已经很可观了）。

全球主机厂、电池供应商、各类研究机构和大学，努力投入了十来年，论文发了无数，技术路线却只筛出三条，即介质方案分别为：聚合物、氧化物和硫化物。

其中，日韩选择了硫化物固态电解质路线，欧美普遍选用氧化物固态电解质+锂金属负极，而中企则同时在三条路线上布局，并对半固态（还分为固液混合和凝聚态）保持了投入力度。

日韩企业仍是老套路，在固态技术尚处在实验室阶段，就开始密集申请专利。而这种思维的实质，就是公开方案（不包括细节）换取IP保护。

假设技术走通了，自己不具备足够市场体量，到头来仍依赖大国推广技术，而专利墙设置得太完美（即“小院高墙”），那么后者哪怕落后了，也选择直接规避。

若不考虑技术是否能走通，所有实验室方案统统申请专利，那么就相当于告诉后来者，自己都踩过哪些坑，相当于替对手趟雷。

氢能技术就属于前一种状态，而固态电池似乎正在落入后一种状态，两种其实都不太妙。

电动车行业一直在告诉每一个从业者，必须将技术与规模、技术与商业价值结合起来。如果只想着自己全吃，到头来发现自己没有行业领军能力，那就不只是尴尬的问题了。

美国投资者看空固态前景

大众汽车和比尔·盖茨个人联合投资的初创公司QS（QuantumScape），则是欧美技术路线的代表。

QS在2020年上市，上市前已经验证了单层电池在常温加压下，1C速率循环充放1000次，还能保持初始电量的90%。当时开的“支票”，也是2025年投产（与大众汽车合资）。当时QS股价高达132美元。

这两年，业内普遍认识到，固态电池的高安全性是靠不住的，因为它更容易产生“锂枝晶”（负极金属析出），导致内短路，照样能释放大量热量，进而导致起火。就连QS公司的万圣节活动上，好几年都有人扮成“锂枝晶”怪物。

大家还发现，其高能量密度的认知也是错误的。真正起作用的是硅负极或者锂金属负极。相反，因为固态电解质电导率太低（影响放电倍率和低温性能），QS不得不掺入氧化物和凝胶电解质，这其实就是半固态。

这就是为什么半固态能够小规模部署的原因，因为半固态修正了固态几个根深蒂固的毛病。

QS在去年底交付了一小批原型电池给主机厂客户（都没宣布客户是谁，我们猜是大众汽车）。创始人、董事长贾格迪普·辛格（一看名字就知道是印度裔）承认，这批产品的可靠性方面“仍有很大提升空间”。

与此同时，QS股价也跌到7美元，公司开始裁员。二级市场的投资者似乎对固态电池和该公司的前景丧失了大部分信心。

美国电动车生产商菲斯克，已经宣布放弃固态电池研发计划，而2018年的时候，该公司是对该技术最积极的公司之一。该公司创始人表示：“固态电池是一种这样的技术，当你觉得你已经完成了90%，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”

看上去像是在说可控核聚变。马斯克则一直嘲笑固态电池近乎于搞“永动机”。从创始人技术认知层面的差异，看菲斯克一直被特斯拉压得抬不起头，是有合理性的。

从实验室到量产：荆棘之路

其实说“行百里半九十”，仍然低估了固态电池商业化的难度。因为即使实验室条件下走通了，成功申请了专利，距离量产还有相当距离。

实验室条件下的电池容量都太小（大多是单层电池，只有几百个mAh），实际上单体没有几个Ah，几乎没有上车资格。

实验室数据会误导人。他们往往只算材料级能量密度，而刻意忽略整体重量。这就是为什么实验室能量密度数据很漂亮，但不敢拿到生产线上去。而且，实验室将固态电解质层涂得太厚，这都是被动质量（不直接产生能量），也不考虑封装，锂过量也不考虑。

实验室喜欢做“小电池”还有一个原因：内阻小。如果同样的设计做成大电池，内阻就相应变大，电池自发热就变得更严重，这样就加剧了锂枝晶问题。

循环次数也是如此，都是基于小电池的设计。真实器件的循环能力，往往和实验室条件下大相径庭；也不用动辄宣称1万次循环，大电池能做到3000次就已经很难了。

这就是为什么电池创业公司，很少有能走到量产这一步的原因。

而量产本身，更是一条布满荆棘的道路。固态电池有千般好，对材料的加工精度要求太高了。比如QS下大力气研发的基于无机氧化物电解质的固态电池，氧化物需要800℃烧结成型。在这个温度下，大尺寸、超薄陶瓷制备，还要求表面目视无缺陷。这种苛刻要求，让良品率非常低，也大幅抬高了成本。

宁德时代估计同电量的固态电池，制造成本将是现在电池的4倍，也有日企的报告乐观估计说是两倍。既然大家都尚未做到量产这一步，成本都是估出来的，具体高多少很难说。

眼下倒是有个“观察窗”，今年就有品牌宣称，将提供150度电的半固态电池选装。只要看看这块电池加多少钱，就可以窥见其成本模样了（半固态对固态电解质尺寸精度的要求已经降低了很多）。

现在的局面，电池初创公司和日韩主机厂都已经降低了宣传调门。而现在的一线电池供应商，则更保守一些，他们甚至没有给出量产节点。

保守主义者的胜利

当前，液态电池也在进步，尽管三元在高镍路线上遇到了天花板（811之后的9∶0.5∶0.5，似乎支持者很少），但磷酸铁锂的能量密度似乎还有上升空间。

不过，液态电池即便能解决能量密度的问题，其安全性也因为固有的电化学性质而无法根本解决。固态电池的发展机会，不在于能量密度，而在于安全性。如果这一点比不过液态电池，就没希望出头。

而当前发展迅速的高压快充，正在降低能量密度的重要性，即在不断强化当前技术路线的合理性。从这个角度看，给固态电池发展留有的空间，其实是存疑的。

其实只要是主流电池企业，一定会跟进固态电池研发。他们比任何潜在对手都更想知道新路线的可行性。

原因很简单，现在一线供应商的生产线投资，至少都有几百亿人民币的量级，而未来产能规划一个比一个大。但固态电池，在很大程度上要重建生产线，即产能基本上没有继承性。如果固态电池这条路被判定有潜在商业价值，电池供应商马上就会收缩现有投资。

他们当然不愿意在付出巨大沉没成本、但还没收回投资的时候，就被迫另起炉灶。但如果丧失了对未来技术趋势的洞察，结局可能是灾难性的，这与意愿无关。

说简单点，就算电池供应商暂时不愿意转移投资，他们也必须尽可能提早知道，对手有没有可能搞出量产固态电池。

有人形容这种诡异的局面，是动力电池行业的“黑暗森林”。《汽车人》判断，没那么严重。因为技术细节上虽然都有自己的小秘密，但判断商业可行性只需要不多的研发投资。这就是为什么，宁德时代等一线供应商，固态电池研究了十几年，看不到上车前景，但仍很淡定的原因。他们知道路没走错就足够了。

至于他们的结论，即固态电池在2025年之前，是技术问题，在2025-2030年是生产成本问题，和量产时间承诺一样，都不重要，因为眼下没人说得准。

同理，在液态锂电池（目前就是三元和磷酸铁锂）布局失意的主机厂，更愿意看到固态电池颠覆当前的格局。

这几年电动车发展告诉我们，要从“势”的角度看行业潮流，不局限于任何一个单一的技术。行业向新能源发展的势头，不是潮流中某一朵“浪花”能够决定的。任何单一的技术，对大局而言，都没有那么重要。

押注某一项技术，将其作为大杀四方的神兵利器，本身就犯了幼稚病。固态电池因为受到瞩目，大家都在盯着进展，指望憋出一个秘密大招，只会浪费当前成熟技术路线下的商业机会。这个道理，也可套用到众多潜在电池技术身上。

电动汽车供应链的规律，是同代产品的生产规模，决定商业竞争力。如此看来，固态电池即便上车，甚至主流化，也很难颠覆现有格局。