中日韩全军覆没，固态电池已布局了10多年，可为什么还不能量产？

吹了十多年的全固态电池，为何却至今没一家能真正量产？早在上世纪，中日韩就开始布局固态电池，日本丰田更是在2010年就正式启动固态电池研发。

15年过去了，每天都有新闻说固态电池实现了突破，但真正量产的又没有多少。固态电池说得简单点，就是将常规锂电池里面的有机液态电解液换成固态的。

这个根本性的材料变革，带来了三大颠覆性优势：安全性拉满、能量密度是主流液态三元电池的1.5倍、能在-40℃到100℃环境下都能正常工作。

但是将电解质从液态变成固态也会产生两大噩梦难题：固态电解质与电极之间糟糕的固固界面接触问题，以及固态电解质材料本身的瓶颈。目前全固态电池技术路线主要包括聚合物、氧化物、硫化物三大类。

聚合物工艺成熟，但离子导电率低；氧化物成本低、安全性高，但离子导电率也不高；硫化物材料导电不错，但不够稳定，怕空气、又怕水分，成本也高。说白了，全固态电池就是一场持久战。

而在这场持久战之外，另一条技术路径——锂金属电池，也正在悄然崛起。自2010年以来，锂离子电池的价格下降了10倍，推动了美国乃至全球电动汽车产量的激增。

但大多数购车者都知道，电动汽车对大多数美国人来说仍然过于昂贵，平均比一辆新款汽油车贵至少15,000美元。有行业人士指出："当你看到交通运输部门电气化的需求时——这是全球最大的排放来源之一——真正阻碍电气化进程的，是电池技术的局限。

"在电动汽车行业内，锂离子电池是唯一规模化生产的电池类型。

但有许多公司正在开发新型电池技术，希望能在未来十年左右在价格和效率上与锂离子电池竞争。Cuberg是一家2015年从斯坦福大学分拆出来的硅谷初创公司，正在研发锂金属电池。

公司技术负责人王（Wang）表示，这种电池的能量密度可以达到标准锂离子电池的两倍。虽然锂金属早在上世纪60年代末就进入了研究人员的视野，但直到最近才开始真正显示出商业应用的前景。

Cuberg最早的客户来自航空业，而电动汽车电池巨头Northvolt——与大众和宝马签有合同——曾于2021年收购了该公司，计划最终也将Cuberg的电池用于汽车。"我们一直在研究高镍锂离子电池的下一代之后会是什么？

如何突破每升1000瓦时的瓶颈？而Cuberg团队似乎真的找到了一条可行之路。"

电池有三个基本组成部分。一端是负极（阳极），带负电荷；另一端是正极（阴极），带正电荷。两者之间传导电流的物质是电解质。

在锂离子电池中，电解质由锂盐和有机溶剂组成，将带正电的锂离子从通常由石墨制成的阳极携带至通常由钴、镍和锰制成的阴极。电池中锂的含量越多，能量密度就越高。

而在锂金属电池中，阳极由纯锂制成。"纯锂是阳极技术的圣杯。储存锂时没有任何多余的重量或体积，就是一个纯金属电极。

这使我们能够真正将电池的储能能力推进到下一个阶段。"电池专家几十年前就知道，如果锂金属电池能够实现，它将是一种更优越的电池技术。

但一直存在持续的挑战，比如阳极上形成枝晶。"给锂金属电池充电时，表面会形成针状结构。这些针状物可以刺穿并使电池短路。

所以大约在上世纪90年代初，人们基本放弃了对锂金属电池的研究。"锂也是一种非常活泼的元素，如果与水或氧接触，可能过热并起火。

不过，Cuberg认为自己已经通过其专有的电解质技术解决了这些问题。

它并不是这个领域唯一的公司，但Cuberg与其他锂金属初创公司的区别在于：它和锂离子电池一样采用液态电解质，而其竞争对手如QuantumScape和Solid Power则使用固态电解质（通常基于陶瓷）。

固态电池引发了大量兴趣和商业投资，因为它们同样有望防止反应性和枝晶形成。QuantumScape由大众和比尔·盖茨支持，于2020年上市。

Solid Power由福特和宝马支持，曾计划通过特殊目的收购公司（SPAC）上市。但尽管固态技术前景广阔，王表示Cuberg的液态电解质使其电池与现有锂离子电池生产工艺的兼容性更强。

"只需非常非常轻微的工艺调整和改装，就能够利用超过95%现有的锂离子电池制造工艺来生产这种新型电池。"

虽然QuantumScape和Solid Power正与知名汽车制造商合作，但Cuberg的首批客户来自航空业。目前，Cuberg已与波音以及航空初创公司Beta Technologies、Ampaire和VoltAero建立了合作关系。

"目前的锂离子电池不足以满足航空需求，原因很简单——它们太重了。而这种重量最终意味着无法搭载更多乘客，无法飞得更远。"

Cuberg承认，其技术需要数年才能扩大到与锂离子电池成本竞争的规模。王预计这将在2027年或2028年左右发生。

Northvolt最终计划尽快将Cuberg的电池用于电动汽车。"任何通往汽车领域的道路都需要巨大的规模扩张，但我们为自己设定了五年的内部时间表。

"如果一切按计划进行，Cuberg的电池能在2026年前装入汽车。

王预测到2030年，使用锂金属电池的电动汽车实际上将比使用锂离子电池的电动汽车更便宜，因为提高能量密度将在整体上降低生产成本。业内专家Srinivasan表示，当前电动汽车的锂离子电池组成本约为每千瓦时170到180美元。

要达到与普通汽油车的成本平价，电池组的成本需要再便宜一倍以上，目标大约是每千瓦时80美元。Cuberg表示，一旦规模化生产，其电池组将比锂离子电池便宜10%到20%。

不过，Srinivasan警告说，由于枝晶形成的原因，充电时间历来是锂金属电池的难题。Cuberg相信，快速充电也是可以实现的。

对于航空领域，王表示目前其电池电芯充满电需要40分钟，这一数字预计未来几年将显著下降。QuantumScape表示其电池可以在15分钟内充至80%容量。

Solid Power表示其电池可以在同样时间内达到50%容量。"关键是要将所有这些参数——高能量密度、成本、长续航以及非常快的充电速度——结合起来。

大家都希望同时拥有一切。"回到固态电池的赛道，中日韩都在死磕这个技术。

日本死磕硫化物技术路线，韩国选择氧化物和硫化物技术路线并行。而中国则在氧化物、硫化物、聚合物三线全都布局，并在产业化道路上选择了"半固态电池先行"的渐进式策略。

中国已经形成了一个较为完整的电池产业生态系统——从上游材料、中游制造到下游应用，产业链协同创新效应已经显现。

如果固态电池是一场持久战，那么无论是锂金属电池这样的替代技术，还是真正的全固态电池，谁能率先打通从实验室到量产的最后一公里，谁就能在下一代电池竞赛中占据先机。