2018 年底到 2019 年至今，固態(tài)電池行業(yè)陸續(xù)出現(xiàn)不少積極消息，有人因此開始提出，2019 年可能是固態(tài)電池的元年。

　　比如國(guó)內(nèi)由中國(guó)科學(xué)院院士南策文團(tuán)隊(duì)投資創(chuàng)辦的清陶能源，去年底表示啟動(dòng)首條固態(tài)電池生產(chǎn)線，產(chǎn)能規(guī)模為 100MWh，目前可以日產(chǎn) 1 萬顆電芯，主要應(yīng)用在特種安全領(lǐng)域；另一家獲軟銀中國(guó)資本投資的輝能，在 2013 年量產(chǎn)小容量固態(tài)電池后，在今年啟動(dòng)擴(kuò)產(chǎn)，新廠規(guī)劃產(chǎn)能為 1GWh；在日本，包括 FDK、TDK 宣布完成全固態(tài)電池的產(chǎn)品開發(fā)，不久前日立造船（Hitachi Zosen）宣布將在大坂筑港工廠生產(chǎn)全固態(tài)電池。

　　過去幾年，固態(tài)電池行業(yè)較多是募資信息，初創(chuàng)公司又獲得了哪些汽車廠或科技巨頭的投資，而近期這一波的信息開始聚焦在試產(chǎn)、量產(chǎn)、甚至是擴(kuò)產(chǎn)，顯示固態(tài)電池行業(yè)正踏入另一個(gè)階段。這也是元年提法的由來。

　　但電池行業(yè)人士分析，預(yù)期到了 2021～2022 年左右固態(tài)電池才有望迎來真正的元年。

　　圖|清陶能源去年底表示啟動(dòng)首條固態(tài)電池生產(chǎn)線（來源：清陶能源）

　　材料屬性不同，各有其量產(chǎn)挑戰(zhàn)

　　固態(tài)電池是新一代的電池技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)在于安全性高：電池沒有漏液?jiǎn)栴}，損壞、被穿刺時(shí)不會(huì)產(chǎn)生爆炸或著火；高能量密度：業(yè)界認(rèn)為，固態(tài)電池的密度和結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流與提升電池容量，使重量能量密度（Wh/kg）能提升到 400Wh/kg 以上；輕薄以及可撓曲性的潛力：使用電解液的傳統(tǒng)鋰電池，必須在陰極和陽(yáng)級(jí)之間加入隔膜來防止短路，一般來說隔膜的厚度約 20～30 微米，固態(tài)電池不需隔膜，厚度比傳統(tǒng)電池輕薄許多，可讓電子產(chǎn)品或汽車在外觀設(shè)計(jì)或空間利用上達(dá)到更大的效益。

　　圖|TDK CeraCharge 固態(tài)電池，使用固體陶瓷電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)（來源：TDK）

　　固態(tài)電池幾種電解質(zhì)材料包括固態(tài)聚合物、硫化物（Sulfide）、氧化物（Oxide）、薄膜（Thin Film）等，以評(píng)估電池好壞三大要素：穩(wěn)定性（體現(xiàn)出來包括安全性、充放電能力等）、量產(chǎn)性、導(dǎo)電性來看，薄膜的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性非常好，但量產(chǎn)難度高，使用半導(dǎo)體濺鍍式制程，在真空環(huán)境下運(yùn)用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法等鍍膜制程方法， 成本偏高，如果要做到像手機(jī)、IT 應(yīng)用的話，需要層層堆疊至少 100 片薄膜。戴森、蘋果各自收購(gòu)的固態(tài)電池公司 Sakti3 和 Infinite Power Solutions 皆以此類技術(shù)為主，但行業(yè)內(nèi)傳出戴森已放棄，目前發(fā)展前景不明。

　　固態(tài)聚合物方面，很多特性跟液態(tài)電池相近，幾乎可以直接套用現(xiàn)有液態(tài)電池的制程和設(shè)備，故量產(chǎn)性高，但穩(wěn)定性、導(dǎo)電性較差，整個(gè)模組做好到車子上，電池體積能量密度大約只有 100～140 Wh/L（瓦時(shí)/升）。加上高溫的穩(wěn)定性不佳，可運(yùn)作的溫度范圍為 60～80 攝氏度，所以需要搭配使用加熱器，將溫度提高到 60 度，如此就得額外增加一個(gè)熱管理機(jī)制及高壓系統(tǒng)，并影響體積利用率。

　　像博世（Bosch）收購(gòu)的 Seeo 就是固態(tài)聚合物技術(shù)，但 Bosch 買下 Seeo 一年半后就宣告放棄，電池行業(yè)人士向 DeepTech 透露，先前博世求售 Seeo，積極尋找買家接手，不少電池公司都收到了收購(gòu)意愿詢問信。

　　因此，隨著近幾年來行業(yè)的變化，固態(tài)電池目前有兩大主要陣營(yíng)，分別是硫化物：豐田、松下、三星、寧德時(shí)代等，其導(dǎo)電度非常好，能量密度較佳，但生產(chǎn)困難，由于硫材料非常怕水氣，水氣引起化學(xué)反應(yīng)就變成硫化氫，除了危險(xiǎn)性高之外，在制造過程需完全在干燥室中，成本較高，由于制造挑戰(zhàn)多，目前處于實(shí)驗(yàn)室階段，該類技術(shù)領(lǐng)頭羊的豐田則對(duì)外表示，目標(biāo)在 2020 年將自研多年的固態(tài)電池商業(yè)化。

　　另一個(gè)則是氧化物：如輝能、清陶能源、北京衛(wèi)藍(lán)新能源、索尼。其優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性佳，缺點(diǎn)是導(dǎo)電性較差，另外在生產(chǎn)時(shí)，氧化物電解質(zhì)彎曲很容易脆裂，不過已經(jīng)有一些業(yè)者克服量產(chǎn)問題，比如輝能通過在電解質(zhì)、正負(fù)極里加入陶瓷相關(guān)技術(shù)，除克服導(dǎo)電性、脆裂問題，電池可彎曲，且實(shí)現(xiàn)了卷式生產(chǎn)。

　　大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用可能在 2021～2022 年

　　盡管不同電解質(zhì)材料有其挑戰(zhàn)，如前所述，近來固態(tài)電池行業(yè)有越來越多業(yè)者釋出開發(fā)完成、進(jìn)入量產(chǎn)的階段，不過，距離所謂的元年仍有一段差距，因?yàn)殡姵厝萘亢苄。虡I(yè)應(yīng)用很小量。

　　像是日本 FDK 宣布完成開發(fā)固態(tài)電池，其容量大概是 140μAh（微安時(shí)），以現(xiàn)行歐洲電動(dòng)車大多數(shù)為 80 度電來計(jì)算，是 22857Ah（安時(shí)），也就是說，一臺(tái)車需要的電池，跟 FDK 所做出來電池容量大小差了 一億多倍。另一家 TDK 開發(fā)的指尖大小的全陶瓷固態(tài)電池已進(jìn)入試產(chǎn)，容量?jī)H為 100μAh。

　　圖|FDK 的固態(tài)電池去年底開始樣品出貨（來源：FDK）

　　剛獲得今年愛迪生發(fā)明獎(jiǎng)（Edison Awards）金牌的輝能科技創(chuàng)始人楊思枏，在接受 DeepTech 專訪時(shí)就直言：“日商的策略看起來偏向是補(bǔ)償被動(dòng)元件上一些陶瓷電容不足的地方，不完全是要替代現(xiàn)行電池”。不過，這是行業(yè)發(fā)展必經(jīng)的過程，大家都是先從小的東西開始做，固態(tài)電池開始有更多人進(jìn)來，有不同的應(yīng)用，理解、搜尋市場(chǎng)。

　　他進(jìn)一步指出，不論是用于 IoT 裝置，或是像日立造船的固態(tài)電池用于航空航天領(lǐng)域，現(xiàn)在的量還是很小，其實(shí)講元年不太有意義，價(jià)格必須合理，出貨量才會(huì)跨過一個(gè)量級(jí)。一個(gè)產(chǎn)業(yè)要能成形，至少得達(dá)到一年 10 億美元的產(chǎn)值才行，如果基于這個(gè)商業(yè)邏輯來思考，2021、2022 年就有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)。

　　第一個(gè)原因是用于電動(dòng)車的固態(tài)電池屆時(shí)將開始出貨，首先，豐田多次公開表示，將在 2020 年上半年推出全固態(tài)電池，然后于 2022 年開始銷售搭載固態(tài)電池的全新電動(dòng)車。另外，輝能也已經(jīng)與國(guó)內(nèi)一家國(guó)企汽車公司敲定合作，將在 2021 年開始出貨電動(dòng)車固態(tài)電池。

　　而在今年 1 月中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)上，天際汽車董事長(zhǎng)張海亮也表示，預(yù)計(jì)到 2021 年，天際的固態(tài)電池電芯的能量密度將達(dá)到 300Wh/kg 以上，電池模組（pack）達(dá)到 220Wh/kg。所以，綜觀多家車廠的日程表來看，2021～2022 年將會(huì)陸續(xù)見到由固態(tài)電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車問世。

　　除了電動(dòng)車是推動(dòng)固態(tài)電池發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力之外，工業(yè)應(yīng)用的電池需求其實(shí)也被看好，像是油田相關(guān)設(shè)備，必須在很低溫或很高溫的環(huán)境下運(yùn)作，要求電池內(nèi)阻不受影響，固態(tài)電池就成了一個(gè)好選擇。

　　圖|輝能科技創(chuàng)始人楊思枏（來源：Deeptech）

　　固態(tài)電池與三元電池的能量密度競(jìng)賽

　　另一個(gè)固態(tài)電池有望在 2021、2022 年迎來元年的原因是，“屆時(shí)，電池能量密度可能跟三元電池出現(xiàn)黃金交叉”。

　　楊思枏以豐田公開放出的固態(tài)電池發(fā)展進(jìn)度表（roadmap）以及特斯拉現(xiàn)有的資訊來估算，豐田預(yù)計(jì)在 2022 年量產(chǎn)固態(tài)電池，其第一代架構(gòu)技術(shù)電池芯為 450 Wh/L，目前 Tesla 電池芯為 715 Wh/L，但是，消費(fèi)者要的不是單看電池芯，而是整個(gè)模組，也就是成組效率。

　　特斯拉的電池模組成組效率只有 32.5％，固態(tài)電池的成組效率基本上比三元電池來得高，豐田的技術(shù)基本上可以達(dá)到 75%。因此，特斯拉是 715 x 32.5%，大約是 230～240 Wh/L；Toyota 為 450 × 75%，大概 330～340 Wh/L，贏過了特斯拉。

　　當(dāng)然，特斯拉不會(huì)在未來幾年不思進(jìn)取，液態(tài)電池要解決這個(gè)問題，就是持續(xù)提升電池芯的能量密度。但是，新的問題也隨之而來：高利用率的材料供應(yīng)鏈?zhǔn)欠癯墒欤磕壳颁囯姵匦袠I(yè)往鎳錳鈷（NMC）配比為 811 的高鎳三元電池邁進(jìn)，供應(yīng)鏈尚未非常成熟，所以更高的能量密度的正極材料、負(fù)極材料的供應(yīng)、成本都是未知數(shù)。另一個(gè)問題就是安全性問題。

　　“因此，三元電池到最后很有可能就升不上來了，發(fā)展開始平緩，固態(tài)電解質(zhì)就會(huì)開始超過它。所以，2021～2022 年很有可能出現(xiàn)一個(gè)所謂的黃金交叉”。

　　一旦當(dāng)固態(tài)電池持續(xù)超越三元電池，“當(dāng)年三元系吃掉磷酸鐵鋰的概念還會(huì)再發(fā)生一次，大概那個(gè)時(shí)間點(diǎn)我在猜想應(yīng)該在2022～ 2025 年，”楊思枏預(yù)測(cè)。

　　但是，他也強(qiáng)調(diào)，“前提是固態(tài)電池必須突破量產(chǎn)問題”，現(xiàn)在行業(yè)要走到證明固態(tài)電池能夠大批量產(chǎn)的階段。

　　打入軟銀周邊及半導(dǎo)體檢測(cè)機(jī)臺(tái)

　　在現(xiàn)階段的固態(tài)電池領(lǐng)域中，能真正做到量產(chǎn)的還不多，輝能主要鎖定氧化物電解質(zhì)固態(tài)電池，其研發(fā)的陶瓷固態(tài)電池已經(jīng)量產(chǎn)，并在市場(chǎng)上被使用，像是軟銀旗下的 SoftBank SELECTION 周邊產(chǎn)品品牌，就主打采用固態(tài)鋰陶瓷電池的“Power Leaf”產(chǎn)品，像是充電皮套、行李掛牌樣式的移動(dòng)電池等，甚至半導(dǎo)體制程重要的檢測(cè)設(shè)備，因必須在非常低的氣壓跟高溫下運(yùn)作的特殊性，也使用了輝能的固態(tài)電池。

　　盡管如此，這些應(yīng)用仍屬于很小量。

　　圖|軟銀 Power Leaf 產(chǎn)品，像是充電皮套、行李掛牌樣式的移動(dòng)電池，采用輝能的固態(tài)鋰陶瓷電池（來源：SoftBank）