不要對固態電池有太多幻想

　　“期望越大，失望越大”，這句話，值得我們在很多時候細細品味。

　　一件本來還算不錯的事情，倘若我們對它抱有過高的期望，那么等它落地之后，我們只要看到了一點點缺陷，都會產生巨大的落差感，哪怕這件事兒本身并不差。

　　這就是人性，而人性左右了市場，特別是資本市場。

　　固態電池最近這段時間很火，隔三差五就會有新的技術突破，老局也觀察了很久，尤其是作為一個新能源汽車車主，每次看到這些技術突破，更是會有一種“買車買早了”的后悔感。

　　但問題是，固態電池真的就有那么神奇嗎？真的就能滿足人們的各種期望嗎？

　　答案，其實是處于一個既肯定又否定的疊加態。

　　說肯定，是因為固態電池有它自己的優點，極為突出且無可替代。

　　說否定，是因為它的缺點和瓶頸同樣不可忽視，且并非都是技術問題。

　　在老局個人看來：固態電池當然是一個好東西，但我們對它也確實產生了許多不切實際的期望——我們需要從一個更全面、更客觀的角度去評估固態電池的價值。

　　一句話：固態電池值得，但還是建議大家不要對固態電池抱有太多的幻想。

　　固態電池和液態電池的

　　本質差別

　　討論固態電池之前，我們得先了解一下電池的結構和原理，否則后面很多東西理解起來就比較麻煩。

　　鋰電池的結構并不復雜：一邊是正極，通常使用鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料（鎳鈷錳酸鋰）等含有鋰的化合物制作。另一邊則是負極，最常見的材料是石墨以及比較新潮的硅基材料。在正負極之間，則是電解質和隔膜，其中電解質負責傳輸鋰離子，隔膜則負責分開正負極、防止短路。

　　充電的時候，外界的電壓驅使正極上的鋰離子離開，經過電解質的傳遞，穿越隔膜，最終嵌入負極材料上。與此同時，電子也經由外部線路，從負極來到正極處。

　　而在用電的時候，由于正極那邊已經沒有了外界的電壓，鋰離子則會從負極經過電解質、隔膜而返回正極。同時，電子也會走外部線路從正極流出，從而形成了供我們使用的電流。

　　不論固態還是液態，上述這些原理都是通的。由此可見，固態電池和液態電池在底層原理上并沒有太大的不同。

　　兩者之間的區別，在于中間的電解質形態上——液態電池用的自然是液態電解質，往往采用“鋰鹽+有機溶劑”的配方，而固態電池則是用固體材料，有硫化物、氧化物、凝聚態等不同的技術路線。

　　因此，固態電池和液態電池之間一切差異的本源，其實是在微觀尺度下，電解質形態不同而產生的不同影響。

　　在液態電池里，正負兩極都浸泡在液態的電解質中。在微觀尺度下，我們會發現：液態電池的電極完全被電解液所浸潤，彼此之間親密無間，鋰離子的通道暢通無阻。

　　這也就導致液態電池可以擁有更高的“倍率性能”，享受到更快的充電速度和更大的放電功率。

　　同理，恰恰也因為“完全浸潤”，所以電極和電解液之間無時無刻都在進行著反應，這也就極大限制了人們選擇電極材料的范圍——以負極材料而言，科學家們雖然知道采用鋰金屬負極可以獲得更高的能量密度，但因為鋰金屬負極會和電解液持續反應，所以在現實里只能退而求其次，選擇弱得多但足夠穩定的石墨負極。

　　另外，之所以我們會覺得液態電池不安全，其實一部分問題就出在了液態電解質上面——鋰鹽本身并非易燃易爆物質，但電解液里的有機溶劑（碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等）都是極度危險的化學品。

　　一旦電池進入熱失控，電池內部就會引發各種連鎖反應，甚至都不用很熱，只要100多度就已經足夠啟動“毀滅之旅”了——110度左右，石墨負極就會開始和電解液反應，150度左右，隔膜就會融化，進而導致短路，溫度急劇升高——電解質里的有機溶劑受熱會分解出氫氣、一氧化碳、甲烷、烴之類的易燃易爆氣體，正極材料則會在高溫下分解釋放出大量的氧，只要溫度再高一點點，就會導致劇烈的燃燒乃至爆炸。

　　而在固態電池里，情況正好是反過來的。液態電池的優點和缺點，卻恰好造就了固態電池的缺點和優點。

　　在固態電池里，固態的正負兩極和固態的電解質之間看似密切貼合，實際不過是無數個“點接觸”而已，根本沒辦法形成液態那樣的“面接觸”，鋰離子的通道崎嶇坎坷、并不通暢（所謂固-固界面阻抗高）。

　　這種結構的好處很顯著——既然彼此不貼合還都是固體，那么電解質和電極之間的界面反應也就沒那么活躍，那就可以用上各種逆天材料，能量密度理論上可以做得非常大。

　　但壞處也是一目了然，同樣是因為不貼合，所以若是不借助加壓之類的技術手段，固體電解質和電極之間就總是接觸不良，倍率性能肯定也就不怎么好看，充電速度和放電功率都會打折。而且固態電解質的離子電導率也顯然不如電解液那么高，進一步導致固態電池里離子之間的遷移堪比堵車現場。

　　當然，“安全”這塊，固態電池還是相當到位的——由于不需要電解液，它的安全性天然就會比液態電池好很多。在固態電池的隊伍里，不論是氧化物電解質還是凝聚態電解質，都擁有著優秀的耐高溫性能——氧化物電解質更是可以頂著600度的高溫依舊穩如泰山，顯示出了超強的安全性。

　　固態電池真正的優勢和劣勢是什么？

　　看到上面的內容，大家似乎會覺得固態和液態似乎各有千秋，都不差勁。

　　實際上，液態電池早就已經不行了，未來注定屬于固態——液態電池就好像一個精通武學的老江湖，雖然拳法爐火純青，但畢竟日暮西山，早已顯露疲態。而固態電池，則好比是一個初出茅廬、一身腱子肉的愣小子，雖然武功還不成熟，但時間站在他這邊，已經勢不可擋了。

　　相比起液態電池，固態電池真正無可替代的優勢并非安全性，而是極高的能量密度潛力以及隨之而來的經濟性。

　　眾所周知，液態電池的能量密度做到300wh/kg已經是極限了。常見的三元鋰電池能量密度也就200wh/kg上下，磷酸鐵鋰更是只有120wh/kg。但對固態電池來說，300wh/kg只是入門，400wh/kg也只能說是行業普遍水平，寧德時代和比亞迪這倆巨頭，現在都在沖擊500wh/kg。

　　這也就意味著：同樣是獲得一度電，如果選擇液態電池方案，你需要5公斤的三元鋰電池或者8公斤多的磷酸鐵鋰電池。但如果選擇固態電池，獲得一度電只要2公斤多一點就ok了。

　　當下純電汽車的動力電池，很多都已經來到了100度的水平，液態電池包的重量也升高到了500kg乃至1噸多，對應的續航里程也普遍都拉到了700km左右。

　　某品牌汽車的電池包

　　對于家用車而言，電池在重量上已經到了極限，但續航里程的焦慮不僅沒有平息，反而更嚴重了——電池變大了，車子的自重也變大了，從底盤到懸架，從操控性到安全性，所有系統都會因為更大的電池包而受到影響。

　　邊際效應注定了收益會降低，電池包越大綜合收益就越低，電池容量的提升，并不能抵消體積和死重增加帶來的負面效應。

　　而如果用固態電池，那情況就很不一樣了。

　　同樣100度的動力電池包，固態方案的重量只要200多公斤，如果學液態電池那樣把重量堆到1噸多，那么你將獲得一個500度的超級電池——即便按照百公里18度電的能耗水平，續航里程也能超過2700公里。

　　什么里程焦慮？根本不存在的。

　　兄弟我500塊錢充滿電，能從北京到武漢跑個來回。

　　這種超高能量密度所帶來的超強經濟性，才是固態電池碾壓液態電池的根本優勢。

　　不過，這種好事兒咱們現在也就只能想想了。

　　倒不是說固態電池技術達不到這個水平，實在是因為在當下的技術水平上，雖然可以造一輛這樣的車，但價格也不是一般家庭能遭得住的——相比起液態電池，固態電池的真正的劣勢并不在于倍率性能之類的技術指標，而是在于成本。

　　獲得一度電，你需要8公斤的磷酸鐵鋰電池或者5公斤的三元鋰電池，這不假。

　　但從生產成本上看，磷酸鐵鋰電芯的成本已經被壓到極致，來到了0.4元/wh的超低水平，容納一度電的成本不過400元而已；縱然是高端的三元鋰電芯，成本也只要0.8元/wh，容納一度電的成本也就800元上下。

　　根據最新的消息，有一些喪心病狂的電池企業，已經干到0.25元/wh的逆天價位了。

　　反觀固態電池，那可就貴到沒邊兒咯。

　　目前來看，即便是最便宜的固態電池，成本也在1.5元/wh的水平，容納一度電的成本需要1500元，而較貴的固態電池，成本則要5元/wh，容納一度電要5000元。

　　咱們就按照50度的電池包來算，液態方案生產成本一般就4-5萬元，對應的車價大概是12-15萬左右，很標準的家用車價格區間。

　　若是固態方案，50度的電池包，最便宜也要7-8萬元，對應車價則來到了21-24萬元的價格區間，這就已經有點小貴了。

　　都這個價格了，我為什么不買一輛用液態電池但有100度容量的車呢？

　　我之前提到的那種500度超級電池，要是用固態電池來做，那么電池包最便宜也要75萬元，成本漲100萬元也屬于合情合理。而對應的車價，則來到了300萬-400萬區間。

　　誰也不會浪到花幾百萬買一個這種東西，就為了享受一下那500度大電池。

　　因此，現在的當務之急是先把固態電池的生產成本狠狠地打下來，然后才能談那些星辰大海的事情。

　　打下來了，以后那就是天下太平，國產新能源將會以無與倫比的性能震撼世界。不光是車載動力電池，無人機、手機、筆記本電腦、儲能站、電網、新式武器裝備等等和電池有關的行業都會受益。

　　打不下來，那我們就會面臨一個“高不成低不就”的尷尬局面：固態電池會被困在實驗室和小眾高端領域，無法普及。它就像一臺華麗的概念車，人人都說好，但誰都買不起、用不上。

　　固態電池的成本，卡在了哪里？

　　卡住固體電池成本的問題很多，從工藝到技術再到管理都有，但歸根結底，其實還是市場發展階段的問題。

　　先說工藝和技術上的事兒吧。

　　對于許多工業品而言，成本打不下來有幾個典型的原因：一是原材料太貴，二就是良品率太低，三是工藝太復雜，四是訂單不足沒法形成規模效應，而且四者之間往往互相作用。

　　而固態電池身上，四者兼而有之，debuff已經疊滿了。

　　原材料方面，固態電解質當下的生產成本那是相當高的，電解液的價格現在已經非常便宜了，一公斤不到40人民幣，不比豬肉貴多少，一公斤豬肉吃不了三天，一公斤電解質起碼能用三年。

　　反觀固態電池這邊，不管是聚合物電解質PEO，還是氧化物電解質LLZO，每公斤的價格都成千上萬，硫化物電解質（鋰磷硫氯）更是貴到了接近4萬元/公斤的價格——我電腦差不多也是一公斤重，整體也才一萬多的價格。

　　良品率方面，液態電池已經是非常成熟的產品了，良品率都不用討論。固態電池這邊，目前良品率普遍連70%都不到，大量的原材料和工時其實都被殘次品給浪費掉了。

　　工藝上，液態電池這么多年早就已經把各方面都跑通了，不論是產線設備還是有經驗的工程師，在中國的市場上都是敞開供應的。但固態電池就不一樣了，為了解決界面阻抗，需要用到等靜壓設備，硫化物在空氣中遇到水蒸氣就分解硫化氫的特性，更是要求硫化物的生產時刻要處于絕對干燥乃至惰性氣體環境之中。

　　至于訂單量什么的......又貴，造起來講究還多，良品率又低......您要是工程師，您會給這種東西下訂單嗎？

　　寧德時代和比亞迪兩個巨頭，其實都有布局固態電池。但現在的局面是，明明可以靠著成熟、廉價的液態電池就占盡市場，為什么還要吃力不討好地改造、新建產線來做固態電池呢？

　　其實，如果我們想把固態電池的成本打下來，那也是非常有跡可循的。

　　想當年，我們也曾經把液態電池的成本從云端一腳踹進了塵埃之中。

　　十五年前的2010年，液態電池一度電的價格高達1200多美元（1.2美元/wh），折合人民幣8000多元，也是貴得離譜。但到了2021年，這個價格就被打到了130美元/度（0.9元/wh）的水平。

　　當時幫助我們把液態電池打下來的，是以手機、平板電腦為代表的消費電子行業。

　　從成本角度去分析，你會發現：消費電子這個行業在“降低電池成本”這個任務上實在是過于“專業對口”。

　　當年鋰電池的制造成本再高，在手機、平板這種高價值產品面前也還是太廉價了——在汽車上，電池包在整車成本中的占比大概在30%-40%，電池價格對整車價格具有決定性作用，導致車價被電池價格綁架，電池成本下不來，造車成本就下不來。

　　而在手機和平板電腦上，電池占整體成本的比重卻僅有5%-15%，不能說忽略不計，起碼也是輪不到它來說話。

　　2005年-2012年，在這個消費級鋰電池的導入期，電芯價格從1美元/wh降低到了0.5美元/wh。而在2012年-2015年智能手機的高速增長期，電芯價格繼續下行，被干到了0.3美元/wh及更低的水平。

　　于是我們可以看到：在2015年前后，市場上突然崛起了大量新能源品牌，蔚來、小鵬、理想三家，幾乎都是此時前后成立的。

　　電池價格已經到這個份兒上了，再不入局，就不禮貌了。

　　因此，對于固態電池而言，既然當下想要降低成本，那就不能光想著一步到位裝上車，反而要走“曲線救國”的路線，先從無人機、手機、平板這些電池價格不敏感的東西上下做文章。

　　只是，現在手機行業也沒有當年那么豪橫的增量狂潮，也開始卷生卷死了——手機廠商們如今也在錙銖必較地研究降本增效，在這種局勢下，成本高昂的固態電池又要如何求生呢？

　　結尾：固態電池值得

　　但飯要一口一口吃

　　固態電池這碗飯當然很好，但終究還是要一口一口吃掉的。

　　最近的一些技術曝光，其實就在告訴我們：中國的固態電池正在一步步變好。

　　10月7日，新華社公布了一則消息：中科院物理所旗下的黃學杰團隊聯合華中科技大學、中科院寧波材料技術與工程研究所的聯合科研團隊開發出了一種陰離子調控技術，解決了固態電解質和電極之間的界面難題，不僅解決了之前的“界面阻抗”問題，還可以延長電池壽命，幾百次循環后依舊性能穩定，遠超行業平均水準。

　　你看，技術的問題，終究還是要等技術突破的。

　　畢竟，在固態電池這條路上，我們背靠著的是世界頭號消費電子生產國和頭號新能源汽車生產國——需求端始終是旺盛的，只看生產端能不能滿足需求了。

　　·····End·····