原創(chuàng)｜苗正 編輯｜Cong

6月以來，新能源汽車圈因“固態(tài)電池”而再次沸騰。先是小米汽車宣布其獲得了固態(tài)電池相關(guān)專利，緊接著行業(yè)龍頭比亞迪也被傳聞將在新款旗艦車型中率先搭載固態(tài)電池。盡管這些消息大多仍處于“傳聞”或“遠(yuǎn)期規(guī)劃”階段，但資本市場(chǎng)的熱烈反應(yīng)和公眾的廣泛關(guān)注，足以證明這項(xiàng)技術(shù)承載了多么巨大的期待。

我們經(jīng)常聽到固態(tài)電池將帶來“1000公里續(xù)航”、“10分鐘充滿”等顛覆性的宣傳。但它究竟是什么？為什么它被譽(yù)為下一代電池技術(shù)的“圣杯”？要理解這一切，我們得先從我們手機(jī)和電動(dòng)車?yán)镒畛Ｒ姷匿囯姵卣f起。

我們目前使用的鋰電池，就像一個(gè)微型的“游泳池”。這個(gè)池子里有四個(gè)核心角色：

正極（Positive Electrode）：鋰離子的“度假村”。充電時(shí)，鋰離子們都得離開這里。

負(fù)極（Negative Electrode）：鋰離子的“工作站”。充電時(shí)，鋰離子們被迫來到這里儲(chǔ)存能量。

電解液（Electrolyte）：連接“度假村”和“工作站”的“游泳池水”。這是鋰離子來回移動(dòng)的唯一通道，它是一種有機(jī)液體。

隔膜（Separator）：一張布滿微孔的特殊塑料膜，它將正極和負(fù)極物理隔開，防止它們直接接觸導(dǎo)致短路“打架”，但又允許鋰離子自由“游泳”穿過。

那么整個(gè)的充電過程，就像是把無數(shù)的鋰離子（Li?）從正極這個(gè)“度假村”里趕出來，強(qiáng)迫它們游過電解液，穿過隔膜，最終嵌入到負(fù)極的“工作站”里儲(chǔ)存起來。當(dāng)負(fù)極塞滿了鋰離子，電池就充滿了電。

而放電過程（也就是我們使用手機(jī)或開車時(shí)），則正好相反。負(fù)極的鋰離子們自發(fā)地、爭先恐后地游回正極“度假村”，在這個(gè)過程中釋放出電子（e?），電子通過外部電路流動(dòng)，就形成了電流，驅(qū)動(dòng)我們的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。

科學(xué)家們把這個(gè)過程稱為“搖椅式電池”，因?yàn)殇囯x子就像坐在搖椅上一樣，在正負(fù)兩極之間來回?fù)u擺，實(shí)現(xiàn)了能量的儲(chǔ)存和釋放。

這個(gè)“游泳池”模型雖然很成功，并支撐起了整個(gè)消費(fèi)電子和新能源汽車的時(shí)代，但它的先天缺陷也越來越明顯。

最大的問題在于電解液。這種有機(jī)液體是高度易燃的，就像汽油一樣。而隔膜只是一層薄薄的塑料，如果因?yàn)榕鲎病⒋┐袒蛘唠姵剡^熱導(dǎo)致隔膜破損，正負(fù)極就會(huì)直接接觸，引發(fā)劇烈的化學(xué)反應(yīng)和瞬間短路，我們稱之為“熱失控”。這會(huì)導(dǎo)致電解液燃燒，電池起火甚至爆炸。近年來頻發(fā)的新能源車自燃事件，很大一部分原因都與此有關(guān)。

電池能裝多少電，取決于它的“能量密度”。傳統(tǒng)鋰電池為了安全，負(fù)極通常使用石墨材料，正極材料的選擇也受到很多限制。這就像“工作站”的工位有限，“度假村”的房間也有限。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的能量密度已經(jīng)接近其理論天花板，很難再有質(zhì)的飛躍。想要更長的續(xù)航里程，最簡單粗暴的辦法就是堆電池，但這會(huì)增加車重、侵占車內(nèi)空間并大幅推高成本，得不償失。

人人都想要閃電般的充電速度。但對(duì)于液態(tài)鋰電池來說，充電太快是個(gè)危險(xiǎn)的游戲。如果電流過大，鋰離子們來不及有序地嵌入負(fù)極“工位”，就會(huì)在負(fù)極表面“扎堆”，形成一種針狀的結(jié)晶，叫做“鋰枝晶”。

這些鋒利的晶體就像匕首，會(huì)不斷生長，最終刺穿脆弱的隔膜，同樣導(dǎo)致內(nèi)部短路和熱失控。因此，現(xiàn)在的快充技術(shù)都帶著“鐐銬跳舞”，通過復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)（BMS）嚴(yán)格控制溫度和電流，以犧牲一定的充電速度為代價(jià)來換取安全。

面對(duì)液態(tài)電池的種種“煩惱”，科學(xué)家們提出了一個(gè)釜底抽薪的方案：如果“池水”是問題的根源，那我們把水抽干，換成固態(tài)的東西不就行了？

這就是固態(tài)電池（Solid-State Battery）的核心思想。

固態(tài)電池用一種固態(tài)的電解質(zhì)，徹底取代了原來液態(tài)的電解液和那層隔膜。

這個(gè)固態(tài)電解質(zhì)是整個(gè)技術(shù)的靈魂。它必須像隔膜一樣，能夠有效隔離正負(fù)極；又必須像電解液一樣，能讓鋰離子在其中高效穿梭。那么原來供鋰離子游泳的“池水”，現(xiàn)在變成了一個(gè)由特殊晶體構(gòu)成的“分子隧道”或“離子高速公路”，鋰離子可以在這個(gè)固體的晶格中進(jìn)行跳躍式傳輸。

這一改變，帶來了全方位的、革命性的提升。

固態(tài)電池性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫，不怕穿刺，這就意味著它不會(huì)像傳統(tǒng)電池那樣發(fā)生起火、燃燒、爆炸現(xiàn)象。它既是離子通道，又是堅(jiān)固的“防火墻”，徹底隔絕了正負(fù)極。這就好比將游泳池的水換成了水泥，即使發(fā)生最嚴(yán)重的碰撞，電池也不會(huì)泄漏、不會(huì)燃燒，從物理層面根除了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。

那么由于安全性大大提高，固態(tài)電池可以解鎖更“激進(jìn)”的材料體系。比如，負(fù)極可以直接使用金屬鋰，它的理論能量容量是傳統(tǒng)石墨負(fù)極的10倍以上。正極也可以采用更高克容量的富鋰錳基等材料。

這意味著，在同樣大小和重量下，固態(tài)電池能儲(chǔ)存的電量可能是現(xiàn)有電池的兩倍甚至更多。當(dāng)下的高端電動(dòng)車?yán)m(xù)航普遍在600-700公里，而換上固態(tài)電池后，輕松突破1000公里將不再是夢(mèng)想，徹底終結(jié)用戶的里程焦慮。

堅(jiān)固的固態(tài)電解質(zhì)可以有效抑制鋰枝晶的生長。沒有了這把懸在頭頂?shù)摹斑_(dá)摩克利斯之劍”，電池就能承受更大的充電電流。理論上，將一輛電動(dòng)車從0充到80%電量的時(shí)間，可以從目前的30-40分鐘，縮短到10-15分鐘，幾乎接近傳統(tǒng)燃油車的加油體驗(yàn)。

液態(tài)電解液在反復(fù)充放電中會(huì)與正負(fù)極發(fā)生副反應(yīng)，逐漸消耗，導(dǎo)致電池容量衰減。而固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，副反應(yīng)少，因此電池的循環(huán)壽命更長。同時(shí)，它對(duì)溫度的耐受性也更好，無論是在酷寒的冬季還是炎熱的夏季，都能保持穩(wěn)定的性能。

固態(tài)電池的普及，將徹底重塑新能源汽車的補(bǔ)能生態(tài)，對(duì)現(xiàn)有的“充電樁”和“換電站”模式都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

固態(tài)電池的超快充能力，將讓“充電”的體驗(yàn)發(fā)生質(zhì)變。當(dāng)充電10分鐘就能增加數(shù)百公里續(xù)航時(shí)，公共充電樁的利用率將成倍提升。如今節(jié)假日高速服務(wù)區(qū)排隊(duì)數(shù)小時(shí)充電的窘境將成為歷史。用戶不再需要為充電而刻意規(guī)劃行程，利用在商場(chǎng)購物、餐廳吃飯的碎片化時(shí)間，就能輕松完成補(bǔ)能。

這甚至可能改變用戶的充電習(xí)慣。對(duì)于沒有家充樁條件的用戶來說，公共快充站完全可以滿足日常需求，進(jìn)一步降低了擁有電動(dòng)車的門檻。

但是，咱還潑的冷水還是不能少。既然固態(tài)電池如此完美，為何至今仍未大規(guī)模應(yīng)用？

要讓鋰離子在固體內(nèi)像在液體中一樣暢通無阻地“奔跑”，是極其困難的。目前，科學(xué)家們雖然找到了幾種電導(dǎo)率不錯(cuò)的材料（如硫化物、氧化物、聚合物），但綜合性能仍有待提升。

液體可以與電極完美接觸，而固體與固體之間很難做到無縫貼合。電極材料在充放電過程中還會(huì)發(fā)生膨脹和收縮，容易導(dǎo)致界面分離，形成巨大的“界面電阻”，嚴(yán)重影響電池性能和壽命。如何讓固態(tài)電解質(zhì)與電極“親密無間”且“長相廝守”，是核心技術(shù)瓶頸。

更重要的是，固態(tài)電解質(zhì)的材料成本高昂，且制造工藝復(fù)雜，與現(xiàn)有液態(tài)鋰電池的生產(chǎn)線不兼容，需要全新的設(shè)備和流程。在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)、將成本降低到市場(chǎng)可接受的水平之前，它只能是少數(shù)高端車型的“奢侈品”。

正因如此，行業(yè)普遍認(rèn)為，真正的“全固態(tài)電池”大規(guī)模商業(yè)化，可能還需要5到10年的時(shí)間。目前市面上一些所謂的“固態(tài)電池”，其實(shí)是“半固態(tài)電池”——即在固態(tài)電解質(zhì)中仍然摻雜少量液體成分以改善界面問題的過渡方案。它們是邁向終極目標(biāo)的重要一步，但并非革命的終點(diǎn)。

在新能源汽車的成本構(gòu)成中，動(dòng)力電池是當(dāng)之無愧的核心。它的性能直接決定了車輛的續(xù)航、安全和充電體驗(yàn)，是消費(fèi)者決策的關(guān)鍵，也是車企競爭的焦點(diǎn)。可以說，誰掌握了下一代電池技術(shù)，誰就掌握了未來汽車市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。

固態(tài)電池，正是那項(xiàng)備受矚目的下一代技術(shù)。它承諾了更安全、更長續(xù)航和更快補(bǔ)能的未來，直擊當(dāng)前電動(dòng)汽車的三大痛點(diǎn)。盡管從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模量產(chǎn)的道路依然充滿挑戰(zhàn)，但全球范圍內(nèi)的研發(fā)競賽已經(jīng)全面展開。

因此，這場(chǎng)圍繞“固態(tài)”的技術(shù)變革，其意義遠(yuǎn)不止于電池本身。它是一次對(duì)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重塑，它的每一次進(jìn)步，都將深刻影響未來汽車產(chǎn)品的形態(tài)和市場(chǎng)格局。電池技術(shù)的更新?lián)Q代，對(duì)于整個(gè)汽車市場(chǎng)來說，絕對(duì)是意義重大的。