最近非常熱的議題是日本汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)向，由豐田汽車公司主導(dǎo)的電動汽車技術(shù)研發(fā)聯(lián)盟，包含了豐田、馬自達(dá)、電裝、鈴木、斯巴魯、日野汽車及大發(fā)工業(yè)多家公司，為的是共享知識、降低成本、加速研發(fā)進(jìn)程。

從整體車型來看，鈴木、大發(fā)以小型車為重點、斯巴魯以中型車為重點、日野以商用車為重心，從而構(gòu)建起一套適用于各種車型的電動汽車基礎(chǔ)技術(shù)。如下圖所示，這個進(jìn)程和規(guī)模，離之前豐田發(fā)布的相關(guān)規(guī)劃有差距，我們可以有幾種解讀。

經(jīng)濟性：由于每個車企都需要有純電動車型進(jìn)行合規(guī)，通過結(jié)盟均攤費用，使用同質(zhì)化的技術(shù)可以快速降低成本。

技術(shù)可行性：如果在固態(tài)電池上沒有突破，可以通過各個車型的應(yīng)用來快速找到現(xiàn)有鋰電池應(yīng)用的關(guān)鍵共性問題；如果在固態(tài)電池上有突破，則通過共同投資來均攤先進(jìn)技術(shù)所帶來的高費用問題。

合規(guī)和企業(yè)形象：通過以上兩條，來解決目前迫在眉睫的中國市場的雙積分要求，也可以應(yīng)對接下來歐洲市場的要求。不過這次還是從另一個角度來改變?nèi)毡酒嚠a(chǎn)業(yè)的整體形象。

豐田純電動規(guī)劃是從2020年開始小量，2025年覆蓋多個車型

以以上目標(biāo)為導(dǎo)向試圖做出改變的日本汽車產(chǎn)業(yè)，整體策略的基礎(chǔ)是對純電動汽車的看法。從這個意義上，在開發(fā)固態(tài)電池上，豐田并不像是一個整車OEM企業(yè)，倒像是一個核心供應(yīng)商，通過鎖定其他車企的需求并均攤研發(fā)費用，從而把它作為一個大事業(yè)來做。

關(guān)于豐田的固態(tài)電池，有以下幾點信息：

消息來源：目前比較可靠的來源是相關(guān)研究單位發(fā)表的論文和申請的專利，這兩者都集中于原理層面，而產(chǎn)品工程方面和制造工藝方面，尚無法探知。

車型產(chǎn)品開發(fā)過程：根據(jù)過往的情況，只有到了車型快要發(fā)布的時候，豐田才會發(fā)布更多的信息，這次有更多的企業(yè)參與，可以關(guān)注各個參與企業(yè)發(fā)布的信息，來評估判斷他們到底是采用現(xiàn)有常規(guī)的電池技術(shù)，還是真的有突破。

豐田在固態(tài)電池的投入有點類似核心供應(yīng)商

從日本汽車產(chǎn)業(yè)的態(tài)勢來看，固態(tài)電池將改變純電動汽車產(chǎn)業(yè)形態(tài)的說法比較多，這也會對未來的供應(yīng)鏈和整車規(guī)劃產(chǎn)生較大的影響。

本文從幾個角度來匯總一下現(xiàn)有信息，同時對幾個大方向的問題進(jìn)行梳理，提出三個問題：

1.     固態(tài)電池與傳統(tǒng)的鋰電池差異有多大？

2.     目前全球范圍內(nèi)，在不同的技術(shù)路線上，研究和應(yīng)用的進(jìn)展如何？

3.     政策制定部門、車企、電池供應(yīng)商和材料供應(yīng)商，該如何跟蹤和看待這個讓人有些看不透的拐點？

從現(xiàn)有情況來看，對于2020年豐田推出革命性的固態(tài)電池技術(shù)這一點，大部分從業(yè)人士是持有懷疑態(tài)度的。特別是涉及到目前純電動汽車要求較大容量的電池，需要從小電池往大電池放大，這個過程中產(chǎn)生的制造問題讓業(yè)內(nèi)人士存疑。

固態(tài)電池核心的缺點就是電池方法之后的功率特性和可制造性【1】

一、固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池的差異

全固態(tài)鋰電池是指電芯內(nèi)各單元，包括正負(fù)極、電解質(zhì)全部采用固態(tài)材料的鋰二次電池。在構(gòu)造上比傳統(tǒng)鋰離子電池要簡單，固體電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子，也充當(dāng)了隔膜的角色，它的工作原理與傳統(tǒng)的鋰離子電池原理是相通的。

如下圖所示，傳統(tǒng)的鋰電池在往高能量密度方向走的時候，需要盡可能增加有效參與反應(yīng)的物質(zhì)比例（包含電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜與黏接劑聚偏氟乙烯）。

傳統(tǒng)鋰離子電池與固態(tài)電池

而從當(dāng)前情況來看，國內(nèi)外大量的電池企業(yè)已經(jīng)在擴充產(chǎn)能的道路上走了挺遠(yuǎn)的一段路，如下圖所示。提升可充放鋰電池能量密度的方法是對正負(fù)極材料進(jìn)行選擇和改性，優(yōu)先發(fā)展含硅負(fù)極、高比能量正極的第三代鋰離子電池，在安全方面考慮采用以下的辦法來提高安全性：

?       功能電解液

?       耐高溫隔膜基材

?       陶瓷涂覆隔膜

?       減小電芯內(nèi)阻

?       電芯升溫后提高內(nèi)阻

?       電芯散熱

短期來看，各個電池企業(yè)都是按照這個路徑在走，雖然趕不上中國電池路線圖的要求，但是電池能量密度從210Wh/kg一步步提升到250Wh/kg，再往上到300Wh/kg還是可以預(yù)期的。

鋰電池的進(jìn)化分支

二、固態(tài)鋰電池的應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀

此前業(yè)界一致的觀點是，對于全固態(tài)鋰二次電池的研究還處在早期的階段，按電解質(zhì)區(qū)分主要包括兩大類：聚合物全固態(tài)鋰電池和無機全固態(tài)鋰電池。

固態(tài)電池的研究范疇

實際開發(fā)過程中，各國的研究機構(gòu)在產(chǎn)品化的過程中不僅僅需要關(guān)注離子導(dǎo)電性，其他性能也至關(guān)重要。不同種類的固態(tài)電解質(zhì)，可以通過一組綜合評價表來對比，主要性能有：高的離子導(dǎo)電性、低的離子面積比電阻、高的電子面積比電阻、高的離子選擇性、寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、好的化學(xué)兼容性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的機械性能、簡單的制備過程、價格低廉、易整合和環(huán)境友好。如下圖所示：

固態(tài)電池質(zhì)的特性【2】

從國際上固態(tài)電池領(lǐng)域的投資收購動向看，依托于美國科研單位的孵化企業(yè)獲得大型企業(yè)的投資，一方面可以理解為初創(chuàng)企業(yè)主要集中在前端的電解質(zhì)特性研究，小型原型電池在電池放大過程中和后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化和可制造性方面缺乏完整的可持續(xù)性；另一方面我們也可以這樣理解：科學(xué)家們通過研究材料和特性，擁有了專利和原型產(chǎn)品，至于把它產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?，就需要工程和制造企業(yè)予以較長時間的轉(zhuǎn)化。這也客觀地促成了投資交易，如果已經(jīng)實現(xiàn)了完整的產(chǎn)品和制造過程，這些初創(chuàng)企業(yè)也就沒有把自己賣掉的必要。

固態(tài)電池企業(yè)的投資和收購

小結(jié)：

本篇主要是對一些固態(tài)電池的基本的考慮，寫作過程中花了很多的時間了解不同的分支和研發(fā)的情況，也看了不少綜述的文章。對于豐田，更多的可能還是一種擴大投資的行為。在2020年三年之內(nèi)拿出真正車載可用、而且成本占有優(yōu)勢的固態(tài)電動產(chǎn)品，需要非常大規(guī)模的制造層面的投資和開發(fā)。很多事情在不斷的發(fā)展之中，當(dāng)下實在看不出來有跨代的黑科技出來。當(dāng)然客觀來說，隨著各個車企對電池性能的訴求增加，而原有路徑提升有困難的話，研發(fā)和試制的資源往固態(tài)電池領(lǐng)域大量投入是可以預(yù)期的。

參考文件：

1） Goldman SachsCharging the future: Asia leads drive to next-generation EV battery market

2） Manthiram, A. et al. (2016) Lithium battery chemistries enabled by solid-state electrolytes

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