大眾在與Quantum Scape合作9年後，宣佈於2025年開始生產固態電池，並應用於大眾電動汽車，一次充電可達500英里（約804公里）行駛里程。今年4月，大眾汽車在Quantum Scape測試了新一代固態電池，並對後者追加了1億美元投資。近日，大眾首席技術官Thomas Schmall在接受採訪時透露，大眾對開發新一代固態電池寄予厚望。

除此國外的汽車廠商中，豐田、福特、寶馬等均已明確提出固態電池投入使用的時間線。

而國內的廠商中，今年1月10日，蔚來（NIO。US）宣佈正式推出150kWh電池包，使用半固態電池。搭載該電池包的蔚來ES8續航里程將達到730公里。

寧德時代也曾在今年1月公開了兩份關於固態電池的專利，分別為“一種固態電解質的製備方法”、“一種硫化物固態電解質片及其製備方法”。

由此可見，固態電池即將成為未來兵家必爭之地。

電池技術，一直被認為是新能源汽車普及的瓶頸，鋰離子電池的高溫安全性、低溫能效、能量密度、自重等問題無法得到根本的解決；其他如鈉離子電池的能量密度低，在動力層面應用空間受限；氫燃料電池則因為高昂的成本，在乘用車領域無法大範圍推廣。

恩力固態

，是目前國內為數不多從事固態鋰電池研發生產的初創公司。在固態電解質材料、固態電解質隔膜、負極材料等方面已完成實驗室研發，進入工藝開發階段。其硫化物為電解質的全固態原型電池可實現-40-100ºC穩定工作溫度區間、5C以上充放電、600次以上迴圈（100%DOD）。另一款基於固態電池技術積累開發而成的鋰金屬電池品，經客戶驗證能量密度達450Wh/kg。

就鋰離子電池和固態鋰電池的發展問題，

恩力固態

的CEO車勇博士和36氪聊了聊。

一 鋰金屬二次電池與固態電池

二十一世紀以來，隨著微電子技術的不斷髮展，電子裝置日益增多，消費者對電源提出了越來越高的要求，從而使鋰（離子）電池進入了大規模的實用階段，逐步替代著鉛酸電池等傳統電池。

目前，鋰離子電池已大量應用在消費電子產品、新能源汽車、航空航天及儲能領域等，市場需求呈現逐年持續快速增長的態勢。根據IIT的統計預測，預計到2022年全球鋰電池總需求量和市場規模將分別達到125。4 GWh和422億美元，未來年複合年增長率預計分別為14。9%和12。9%，將繼續維持在較高水平。隨著新能源汽車及智慧電網等應用領域的快速發展，針對鋰二次電池效能也提出了更高的要求。

金屬鋰負極以極高的容量（3860mAh/g）和最負的電勢（-3。040V vs 標準氫電極）被稱為二次鋰電池“聖盃”電極。應用金屬鋰為負極的鋰金屬二次電池也被認為是高比能電池的終極形態。

事實上，鋰金屬二次電池的商業化歷史要比今天的鋰離子電池還要早一些，一家叫做Moli Energy的加拿大公司早在1987年就推出了鋰金屬二次電池成品，用二硫化鉬作為正極，金屬鋰作為負極。能量密度超過100Wh/kg，在業內引起很大震動。這家公司之後於1989年推出其第二代產品，正極採用二氧化錳，負極繼續採用金屬鋰。但在此時，其第一代產品開始出現安全事故，之後不得不全部召回並支付了鉅額賠償。1989年底公司破產清算，次年初被NEC收購。

NEC後來又製造了50萬支電芯投入試驗，歷時2年，當時絕大部分電芯都出現了故障，而導致故障的“真兇”就是鋰枝晶。

在同一時間段，獲得2019年諾貝爾化學獎的John Goodenough等三位科學家（及一些並不為世人所知的科學家和工程師們）分別在鋰離子電池的正極、負極、電解液、隔膜等方面取得了一系列重大突破。1990年2月14日，索尼正式對外發布了一款全新的採用鈷酸鋰正極和碳負極的鋰離子二次電池，達到4。1V的電壓，80 Wh / kg的能量密度。從此鋰鋰離子電池的大規模產業化拉開序幕，而鋰金屬二次電池便從市場上消失了。

直到近年全球各地對固態電池的研發興起，又將鋰金屬負極再次推向檯面。2020年9月固態鋰電池研發公司Quantum Scape在美國上市，其實驗室樣品採用鋰金屬負極（反應），續航距離為普通鋰離子電池的1。8倍，15分鐘可充滿 80%，電池不易劣化，38萬公里時可以保持80%容量。股價迅速由10美元漲到130美元，其身後的投資者包括大眾、比爾蓋茨、索羅斯等。今年6月宣佈即將在美國納斯達克以SPAC方式上市的另一家美國初創企業Solid Power採用了硫化物固態電解質的同時也選擇了鋰金屬負極這一選項。

事實上，在之前的三十年間，美日的多家研究機構對於固態鋰電池的研究從未停止，主要包括諾貝爾獎得主鋰離子電池之父John Goodenough教授在美國德克薩斯大學奧斯汀分校的實驗室、日本東京工業大學菅野了次教授的實驗室等。他們分別從不同的技術路線在固態電解質材料等方面取得了技術突破，技術路線主要包括氧化物和硫化物電解質材料。而當固態電解質材料的研發取得了突破後，人們希望可以重新利用鋰金屬為負極材料，利用固態電池體系去解決困擾業界三十餘年的鋰枝晶等難題。

2021年3月，據日經報道，一家初創公司

一 鋰金屬二次電池與固態電池

（Enpower Greentech Inc。）與Softbank軟銀株式會社聯合釋出新聞，由雙方共同研發的能量密度450Wh／kg級別的鋰金屬電池於近期成功驗證，將應用於軟銀的平流層通訊無人機。此外，雙方在延長鋰金屬電池迴圈壽命的相關核心技術方面也取得了進展。相關核心技術包括能抑制鋰金屬枝晶的超薄（10nm以下）鍍膜技術，以及能同時實現高電壓和高庫倫效率（充放電效率）的固態電解質介面技術。

恩力固態

自從特斯拉在2008年推出第一款使用鋰離子電池組作為動力的Roadster，國際鋰離子電池的市場格局發生了巨大的變化。產能從日本向中國、韓國轉移，2020年，中國的鋰離子電池產量達188。5億支，年產能160GWh。2016-2020年，年均複合增長率超過20%，但是最近兩年來，雖然有大量新能源車型落地，電池的年增長率卻降到12%-14%之間。

可見雖然政策和市場都有重大的傾斜，電池在整車的成本佔比又超過30%，但是新能源汽車的發展並沒有給電池的產量帶來量級的提升。並不是因為電池產能所限，我們可以從公開資料中看到，國際鋰價相對變化區間不大，在2017-2018電池用碳酸鋰價格甚至腰斬。限制鋰離子電池在新能源汽車領域更大範圍應用的原因是其本身的效能。

二 固態鋰電池和鋰離子電池的差異

資料顯示，過去十年，鋰電池的成本下降了近85%，2011年是3800元/KWh，2020年下降到578元/KWh。與此同時，鋰離子電池能量密度提升了近3倍，2011年是80Wh/kg，2020年上升到270Wh/kg。但是這個能量密度已經接近了物理極限，未來進一步提升的空間很小。對於汽車而言，重要的指標續航里程也很難提升，除非加大電池組，但是目前長續航車型整車質量已經很大，因此能量密度在很大程度上制約了續航里程的提升。

一些固態電池開發者如Quantum Scape、Solid Power等，電池能量密度均已超過380Wh/kg。即對應同樣重量的電池組，汽車的續航里程可提升30%-80%。未來隨著研發的深入和工藝水平的提升，能量密度還將有進一步提升的空間。

從成本的角度來考量，固態鋰電池中沒有額外新增貴金屬之類物質，但是減少了液體的電解質成分，按照主要成分金屬鋰的同比價格，在研發和工藝成本被攤薄後，同樣電量的固態鋰電池成本會比鋰離子電池還要低一些。

二 固態鋰電池和鋰離子電池的差異

1995年索尼生產鋰離子電池的日本群山工廠起火，100萬18650電池付之一炬，起火原因是老化試驗的電池爆炸。之後索尼對於鋰離子電池增加了針刺等非常規試驗以提高安全性，但是之後戴爾筆記本起火，導致索尼召回1000萬塊電池，並支付4。44億美元賠償。之後索尼將電池業務出售給村田製作所。

三星手機電池的多次爆炸起火事故則導致了其中國手機業務跌至谷底。

而在新能源汽車領域，不針對某一個特定品牌，電池的起火爆炸等事故都並不罕見。

在鋰離子電池中，當電池內部溫度因為各種原因異常升高時，PE隔膜熔化形成隔膜阻斷。鋰離子會集中穿過形成大電流，導致正負極短路和起火、爆炸。

而固態鋰電池，因為沒有電解液，不存在這種特殊的臨界狀態，即使進行針刺試驗使其破裂，也沒有起火爆炸的風險。

恩力固態的硫化物全固態電池目前已經實現600次以上的迴圈100%DOD，電池僅衰減20%。而在實驗室環境，也實現了10C的充電，即6分鐘電池充滿電。

這同時衍生了另一個問題，目前的鋰離子電池，很難實現超充，而超充是解決續航的最快路徑。比如在超充領域佈局最早的特斯拉，對應3C的超充尚沒有普及到大部分車型，而可能近期會推出的V4超充僅針對Cybertruck一款車型。

對於以硫化物為電解質的固態鋰電池，超充的制約條件卻來自電網那一端。

1 成本和能量密度

無論是手機，還是新能源汽車，在冬季都面臨電量危機，前一分鐘可能還有50%的電量，之後可能瞬間歸零。更嚴重的問題是，無法充電。

因為鋰離子電池負極採用液態電解質，在低溫環境電解質的流動性變差，放電和充電的過程都無法順利進行。

軟銀之所以看好固態電池方向，除了高能量密度的因素外，固態電池優異的低溫效能也應該是在極低溫的平流層通訊無人機上使用

2 安全性和穩定性

電池的原因。

3 低溫可用性

恩力固態

是一家全球化的公司，在美國、日本和中國均設有研發機構，合作伙伴包括諾貝爾獎得主鋰離子電池之父John Goodenough教授、日本東京工業大學菅野了次教授。

三 恩力的產品發展路徑

採用硫化物電解質技術路線，相比於Quantum Scape為代表的氧化物技術路線，硫化物具有更高的離子導電率和溫度適應性。現在恩力在硫化物固態電解質、固態電解質隔膜方面已經進入量產工藝準備階段。Q2021年將啟動100MWh產線建設。

恩力利用其在固態電池的技術積累，也開發出了半固態的鋰金屬電池。目前恩力的3500mAh鋰金屬電池已經進入中試階段，年內將向大客戶小批次供貨，用於無人機等專案。並已開始佈局下一階段2021-2022即將開始的規模量產。屆時，其固態電池和鋰金屬電池產能將達到200MWh，產品將應用於高附加值的商用電子產品和高階消費電子產品領域。

參考鋰離子電池從研發成功到大規模商用的發展路徑，固態鋰電池也將經歷相似的過程。在早期市場階段開始小規模試產，在同時將精力投入工藝裝置的研發，隨著工藝的成熟成本不斷下降，最終實現工業化生產，並投入規模化的市場應用。對於固態鋰電池而言，新能源汽車這個應用場景是必然的趨勢。

車勇把公司當前的發展階段定位於產業化前期，重點是透過對消費測高效能電池市場的拓展，不斷磨練工藝水平，提高產品良率，最終構建完整的固態電池供應鏈體系，並降低固態電池的生產製備成本。至於是否向動力電池市場滲透，車勇認為這反而是一個水到渠成的事情。

預期在2022-2023年，恩力將實現GWh級別的固態電池產能，利用固態電池的效能優勢進入多種應用場景。在2024-2026年，達到10GWh級別的產能，進入新能源汽車領域。

三 恩力的產品發展路徑

在固態鋰電池領域，還有如下一些企業或產業同盟的發展動向值得關注。

1）固態鋰電池開發方面領先的企業是擁有超過1000項專利的豐田。據計算，在與現有電池尺寸相同的情況下，豐田開發的全固態電池可使續航距離延長至2倍以上。豐田在電池開發方面與松下展開合作，目前純電動汽車用鋰電池的成本為每千瓦時約合1。3萬日元，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）與豐田等合作的專案提出了這樣的目標：透過確立量產技術和實現量產效果等，到2025年把全固態電池的成本降至每千瓦時1。5萬日元，到2030年降至1萬日元，達到與鋰電池同等的水平。

2）大眾汽車計劃最早於2022年與合作伙伴Quantum Scape開始試生產，大眾曾多次投資已上市企業Quantum Scape，其固態電池續航距離能比鋰離子電池延長1。8倍，達到730公里。充電15分鐘即可達到總電量的80％。據悉電池不易劣化，行駛38萬公里之後，容量仍能保持最初的80％。大眾計劃2024～2025年開始量產，最初的年產能為1GWh，之後計劃增加20GWh的產能。規模相當於目前歐洲電池總產能的一半多，可滿足數十萬輛純電動汽車的使用需求。QuantumScape（QS-US） 透過SPAC方式上市，目前市值約為120億美元。

3）美國初創企業Solid Power 2021年5月在福特、BMW、能源投資公司 Volta Energy Technologies 領投的募資中籌集到 1。3 億美元，用於電動車電池生產。並且正計劃以SPAC方式上市，預計估值為 12 億美元。寶馬和福特宣佈擴大對Solid Power的出資規模。據悉Solid Power的全固態電池理論上可使續航距離最高達到鋰電池的2倍。寶馬計劃於2022年採購測試用電池，2025年之前開始對配備全固態電池的車輛進行路測，2030年之前上市。

4）三星SDI於5月25日宣佈，將在2025年之前開發大型全固態電池單元和原型全固態電池單元，並於2027年開始量產。從2008年開始，三星SDI與三星高階技術學院、日本三星研發研究所等合作開發全固態電池。這些機構一直負責設計研發活性材料，2020年3月，三星技術研究院開發了一項獨創技術，可以提高全固態電池的使用壽命和安全性，同時將其尺寸減半。

5）法國博洛雷集團（Bolloré）從2011年就開始嘗試固態電池在電動車領域的商業化，其自主研發的電動汽車Bluecar搭載30kWh金屬鋰聚合物電池，續航為120km。大約有2900輛投放到了巴黎汽車共享服務專案Autolib，這也是國際上第一個採用固態鋰電池的電動汽車案例。

BatScap選擇全固態中的聚合物技術路線，正極材料採用LFP，負極材料採用金屬鋰，電解質採用聚環氧乙烷（PEO），但其Pack能量密度僅為100Wh/kg，且工作溫度要求60~80℃，必須持續將電池加熱至60°C以上來維持電池內部的導電能力。

6）德國博世+美國SEEO，成立於2007年的SEEO是美國勞倫斯伯克利國家實驗室唯一授權擁有核心專利的電池公司，2015年博世（BOSCH）收購美國SEEO，並與日本GSYUASA（湯淺）公司、三菱重工共同建立了新工廠，主攻固態陽極鋰離子電池。當時SEEO開發的固態電池就已實現350Wh/kg的能量密度，約是同等體積鋰電池的兩倍能量。但在2018年初，由於博世的戰略變化，不再自行生產電池，也就宣告放棄對SEEO的投入。

7）2018年6月，日本經濟產業省與日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）宣佈啟動新一代高效電池“全固態電池”核心技術的開發。該專案預計總投資100億日元（約合5。8億元人民幣），豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術，到2030年前後將每千瓦時電池組的成本降至目前的三分之一左右。

8）Solid Energy日產、現代、村田製作所、TDK、三洋化成、三井金屬、古河機械金屬、旭硝子、出光興產、日了造船等也都在進行這個領域的研發。

9）中國臺灣廠商輝能科技在試產混成固態電池，其中液態部分不到3%。負極將從石墨轉向高SiOx含量（14%以上——100%）的矽氧複合物。在2025年左右，SiOx矽比例達到100%程度的時候，與鋰離子電池電池相比在能量密度上就會有明顯的優勢。

10）蔚來宣佈，它將在2022年第四季度推出具有360Wh / kg的能量密度的固態電池，以蔚來量產的時間來看，它那種應該不是增長的固態電池，而是半固態電池，外界一直在猜測其電池合作方。

11）衛藍新能源則在北京房山與江蘇溧陽擁有兩大生產基地。溧陽工廠計劃生產無人機電池，產能設計2億瓦時，生產可5C連續放電的270Wh/kg混合固液電池。在動力電池領域，衛藍新能源完成了300Wh/kg以上高鎳三元正極的混合固態電池設計開發，迴圈壽命達到1200次以上，預計在2022年量產。

12）清陶能源先後獲得北汽、上汽、廣汽等車企投資，並與合眾新能源達成合作，共同推進固態電池的研發與應用，雙方對新款哪吒U進行了近兩年的聯合研發和測試。2018年，清陶能源建成國內首條半固態電池產線，主要投用於特種電源、高階數碼等領域。2019年7月，清陶能源年產10GWh半固態鋰電池專案簽約在江西省宜春市。