还要等固态电池上车吗

作者 / 钱亚光

编辑 / 黄大路

设计 / 柴文静

如果您认为电动汽车价格过高、充电速度太慢且续航里程不够长，那么我有好消息要告诉您。电动汽车电池将会越来越好——您甚至无需等待像固态技术这样的圣杯式突破（holy-grail breakthrough，指在某领域取得重大突破）。

“锂离子和锂铁磷酸盐——这些电池在能量密度和性能方面确实证明了其价值，我认为我们才刚刚开始这一进程，”特斯拉车辆工程副总裁拉斯·莫拉维（Lars Moravy）在7月27日举行的“X 收购”活动中接受采访时说道。锂铁磷酸盐是锂离子电池的一种成本较低的化学物质。“我仍然认为在微化学和这些形式因素方面还有很大的改进空间，”他对观众说道。

我们从电池领域的其他专家那里也听到了类似的观点——尽管某些未来具有颠覆性的重大进展极具吸引力，能够一次性解决所有问题，但目前基于几十年来存在的锂离子框架所取得的进展同样十分显著。通过调整原材料的比例、电池的设计甚至其形状，电池制造商能够在充电功率、能量密度、成本等方面实现新的突破。

拉斯·莫拉维是由1000多名工程师、技术人员和分析师组成的团队的首席工程师和技术主管，负责所有特斯拉汽车硬件设计车辆（车身、内饰、外观、照明、底盘、电池结构、热管理等）、测试和验证、开发、发射、自动化、制造和维持、测试和验证以及所有支持PLM和工程工具。

固态电池商业化面临挑战

大众集团宣布，近期向加利福尼亚的电池初创固态电池企业Quantumscape投资超过2.6亿美元，其中1.31亿美元将用于在圣何塞建立一个试点生产线。QuantumScape 在固态技术方面取得了令人瞩目的突破，目标是在 2025年实现商业化生产。

传统的锂离子电池使用液态化学物质作为电解质，以促进充电和放电过程中的离子移动。而固态电池则摒弃了这一做法，改用固态电解质，这种电解质通常由聚合物、硫化物、氧化物或陶瓷类材料制成。

固态电池的能量密度理论上可能比传统锂离子电池高出 2 至 3 倍，从而能够实现更长的续航里程。例如，配备固态电池的车辆单次充电可行驶超过 500 英里，这是包括大众和福特电动汽车在内的多家汽车制造商都渴望达成的目标。

由于没有液态电解质，固态电池消除了泄漏的风险，并降低了电池起火的可能性。这使得固态电池本身更加安全，这一点对于消费者和制造商来说都是至关重要的考量因素。

固态电池能够承受更大的电流，这使得快速充电不仅成为可能，而且也变得切实可行。这类电池通常具有更长的使用寿命，并且在无需进行重大维护的情况下能够承受更多的充电循环，从而在车辆的整个使用周期内提供更高的性价比。

不过，目前这种固态电池电池能量密度为每千克 305 瓦时，仅比锂离子电池略高一些，后者的能量密度在每千克 200 至 300 瓦时之间。该公司表示，如今续航里程为 350 英里的电动汽车若使用 QSE-5 电池，续航里程可达到 400 至 500 英里——不过这个数字会因电池组的容量而有所不同。

丰田公司一直是这一领域的先驱，投入大量资金进行固态电池的研究，并计划在 2025 年展示一款由固态电池驱动的原型车。

三星 SDI 和 LG 化学公司也正在投入资金研发这项技术，因为他们看到了其在电动汽车市场占据主导地位的巨大潜力。

换句话说，固态技术有望消除标准的液体电解质，并解决当今电池的几乎所有缺陷，这确实很酷。但它并非无所不能。

目前，固态电池的生产成本高于传统电池，主要原因是制造固态电解质的过程较为复杂。另外，寻找既具备稳定性又具有高导电性且成本具有竞争力的材料仍然颇具挑战性。而且电池创新仍在不断涌现。例如，麻省理工科技评论的研究人员强调了使用硫化物基电解质方面的突破性进展，这些进展有望降低成本并提高性能。

液态电池仍有发展空间

通用汽车和福特正在努力开发富含锂锰（LMR）的电池，作为低成本的磷酸铁锂（LFP）电池的替代品，后者在中国的供应链中占据主导地位。Lucid汽车公司最近推出了Gravity车型，其由松下制造的 2170 电池帮助其在充电仅 10.9 分钟的情况下增加了 200 英里的续航里程，这在美国创下了新的纪录。

中国最大的电动汽车制造商比亚迪今年引起了轰动，它宣布其车辆能够支持此前难以想象的 1000 千瓦的充电功率。

莫拉维说，锂离子电池技术每年都在稳步改进，他预计这一趋势将继续下去。（他估计能量密度和充电速度每年大约有 3%的提升。）为了证明这一点，只需看看特斯拉自己的规格随着时间的推移是如何不断提高的。2012 年顶级的 Model S 轿车一次充电可行驶 265 英里。如今的版本比这个数字多了约 150 英里，充电速度也快得多，而且在未考虑通货膨胀的情况下成本更低。

莫拉维说，特斯拉每隔几年就会将其各种电池设施更换为改进后的电池设计，并补充说，该公司最近从其两家供应商——宁德时代和 LG 获得了新的电池。他称这些电池在电解质、电极、制造工艺和包装方面都有一系列“渐进式改进”。 

“我认为这种情况将会持续很长时间，而且我们还会在车辆所使用的电池上取得更多改进。”他说道。特斯拉从 LG、松下和 宁德时代等供应商那里采购电池，同时还会自行设计电池用于Cybertruck。

莫拉维预计，其内部设计的电池以及从供应商处采购的电池都将实现持续性能提升。但他也会关注未来的技术发展。从丰田到梅赛德斯-奔驰等汽车制造商多年来一直在投资固态电池技术，许多公司都计划在本十年末实现商业化应用。

“这并不意味着我们就不关注固态电池、超级电容器以及其他可能提供其他能源替代方案的技术了，”莫拉维说。