一把大火，燒出了鋰電池的去路

整個7月，關于車用固態鋰離子動力電池的新聞層出不窮。

首先，本月7日，《日本經濟新聞》與東京研究公司Patent Result合作，完成了一份關于全固態動力電池的全球調查報告。基于企業間對相關專利的掌握情況，報告認為日本企業處于全面領先地位，前十名中，日本企業占據多達6項，第一名豐田持有1331項(第二名松下持有445項)。

當日經中文網微博微信官方賬號首次發布這篇報道時，國內輿論有些不解:就在被迫放棄氫能，轉而使用純電的時候，似乎在車用新能源領域吃了大虧的日本企業，已經在不知不覺中悄然布局，遠遠跑在前面等著大家了？

蜂巢能源展示的固態電池樣品——仍處于實驗室階段

緊接著，19日，蜂巢能源全固態電池實驗室研制出國內首批20Ah硫化鋰全固態原型電池。蜂巢官方公布的數據顯示，該系列電池能量密度達到350-400Wh/kg，并順利通過了針刺、200°C熱箱等實驗。

企業非常樂觀，一旦產品量產應用，現有純電動汽車無需進一步增加電池組即可實現1000公里以上的續駛里程。

蜂巢能源的正式宣布，其實是受到了上個月25日重慶車展期間，當代Amperex科技有限公司董事長曾玉群宣布硫化鋰固態電池已經完成的刺激。

至于第三條新聞，則是發生在上周五(22日)的一場悲劇——許多70后、80后的偶像，前省偶像歌手，被戲稱為“凍齡青年”，如今的職業賽車手“亞洲旋風”林志穎，在帶著年幼的兒子駕車時，突然發生車禍。

林志穎自己駕駛的特斯拉2021 Model X在撞到路中間的分流島后起火，燒毀了整輛車。

值得注意的是，作為當今最強大的量產純電動汽車，特斯拉Model X配備了高能量密度的三元鋰電池，但其安全性一直飽受詬病。

上述消息相互映襯之后，無疑已經反映了純電動汽車接下來的發展趨勢——為了追求更好的安全性和更高的性能，動力電池固態化已經成為一種趨勢。

固態的巨大價值

所謂“固態”，其實是指用固體物質代替鋰電池的電解液。

總的來說，我們以技術路線來劃分，主要分為硫化鋰、高溫聚合物、氧化鋰三大類。

日本公司，如豐田和松下，加上最近在中國成功開發的蜂巢能源和當代安培科技有限公司，都走硫化物路線。Bollore集團和國內電池巨頭比亞迪主要致力于聚合物路線的探索。至于氧化物路線，英國伊利卡公司在這一領域已經深耕多年。

改用固體電解質后，鋰離子動力電池的性能和安全性將大大提高。要解釋這個問題，我們需要了解鋰電池的工作原理。

眾所周知，鋰離子電池是典型的“搖椅電池”。

充電時，正極上的鋰原子失去電子，被氧化成鋰離子(脫嵌)，然后在電解液中移動并跑到負極，與流經外接電源的電子結合，然后被還原成鋰原子，嵌在負極碳層的微孔中。

放電時是一個逆向過程——嵌在碳層負極的鋰原子失去電子，被氧化成鋰離子，返回電解液，移動到正極，與流過的電子流結合……e負載，又被還原為鋰原子(嵌入)。

在充放電過程中，鋰以離子狀態從正極脫嵌到負極，像搖椅一樣，來回搖擺。

電解液是電池中不可缺少的物質，通常，它是液體。那么，用一種同樣可以導電的固體來代替呢？這將在兩個主要方向上帶來許多優勢。首先，能量密度大大提高。

在現有的常規鋰電池中，正極材料的選擇往往受到限制，在整個生產中無法選擇電壓較高的材料，而是限制在4.45V V的范圍內，由于電壓過高，可能會導致鈷酸鋰電解液氧化，正極表面發生不可逆的相變。

使用電解液的圓柱形鋰電池芯結構

如果是固體電解質，可以使用高壓正負極材料來提高電池的能量密度，例如提高到5V甚至更高，所以電池的極限能量密度也提高了。

負極材料也是同樣的問題。隨著固體材料的替代，鋰甚至可以用作電池的負極材料。與現有最好的三元鋰電池相比，硫化物正極材料對應的電池理論能量密度至少可以提高一倍。

當然，固化對能量密度的提高不僅僅體現在化學性質的高低上。

因為電芯中不再含有高活性的含鋰液體電解液，所以即使正負極隔膜被刺破，也不會因為電解液滲入兩極而很快發生短路。所以電芯的外殼其實可以選擇更輕的材料。從而降低了電芯的質量，并顯著提高了整個電池組的能量密度。

用固體電解質代替電解質后，電池的形狀也可以從卷繞的圓柱形變成扁平的矩形。

除了能量密度的進一步提升，高安全性無疑是固態電池的另一大優勢。其重要性甚至可能超過前者。

如上所述，正如蜂巢能源對自產固態電池的測試結果——當電池芯意外斷裂時，困擾鋰離子動力電池很久的“短路-發熱-爆燃”的連鎖反應就更蠢了。在現有的實驗室測試中，所有樣品都通過了嚴格的擠壓、加熱和針刺測試。而且在上述測試過程中，也沒有看到短路和由此產生的爆燃問題。

此外，固態電池在過充后不會像液態電池那樣釋放鋰枝晶，因此不存在刺破正負極絕緣膜造成短路的風險。

比亞迪的固態電池組方案比柱狀電池更緊湊。

最后，由于電池中的固體電解質不揮發，不易燃燒，可以有效避免液體電池在拆卸時的滲漏問題，不僅環保，而且有利于回收利用。

必然的前景和未知的過程

當然，上面已經解釋了固態電池的所有好處，但是我們也不能忽視它們目前面臨的問題。這些細節，很多企業在鼓舞人心的公告中很少提及。

首先也是最重要的，毫無疑問，固態和液態相比，存在著各種各樣的“原罪”。

正是由于電解質變為固態，其電導率自然低于液態電解質，由此產生的高界面阻抗必然會影響鋰離子在界面間的正常穿越。

與液體電解質相比，固體材料一旦與正負極附著不良，必然導致電池界面相容性差。這種不匹配是不可避免的——在電池充放電過程中，電池內部會隨著se膨脹和收縮約4%……活性物質的所有變化。在這種情況下，界面分離不可避免。

幾種全固態電池的基本結構都是合適的。通過改進結構可以緩解膨脹問題。

目前固態電池發展的三個主要方向:聚合物、氧化物、硫化物，都各有利弊。能否從實驗室走向工廠還有一個關鍵——工藝問題。以蜂巢能源公布的硫化物路線為例。雖然我們還不知道其固體電解質的詳細情況，但如果和日本企業類似，硫化物電解質的處理加工顯然也需要依靠惰性氣體環境。

這意味著它無法利用現有的液體電池生產線轉產。使用新技術建立全新的生產線也意味著大量投資和現有系統的徹底改造。這代表了現階段動力電池行業巨大的沉沒成本。

說明固態電池的巨大優勢，那么我們再回到日經的相關報道。

根據《日經新聞》和《專利結果》共同完成的報告，毫無疑問，當今日本的豐田在技術上具有最大的優勢。畢竟，它以1331項專利擊敗了排名第二的松下。后者的445項專利僅占前者的39.3%。

圖像源看到水印

其實縱觀整個榜單，前十名的公司其實都是日系(6家)和韓系(4家)。很難不想到另一份關于純電動汽車專利競爭力的日經榜單。

在那份2021年的榜單中，它位列第一和第二，分別是擁有8363項專利的豐田和擁有6564項專利的福特。排名第三和第四的本田(3849項)和通用(3283項)也與第一名拉開了距離。

但榜單是一回事，現實世界的新能源汽車產銷數字又是另一回事。畢竟，2021年交付93.6萬輛純電動汽車的特斯拉排名第八，只有1741項專利。至于第二名，全年交付58.4萬輛新能源汽車(包括純電動汽車和混合動力汽車)的比亞迪，竟然沒有出現在總共20輛的名單中。

正因如此，日本媒體還靠文字游戲來“助推野心”，其實是很沒有必要的。

對于這兩份報告中列出的專利數字，筆者無法查到實用新型專利和外觀設計專利的比例，甚至連統計數據本身都無法考證。好的一面是，除了大量的設計專利，日本企業很可能會對所有在企業實驗室完成的技術實際申請專利。

但這意味著一個新的問題。專利的本質是公開自己的方案，通過相關法律獲得保護。但這也意味著，在世界所有競爭對手面前，提前亮出底牌。而且由于日本企業目前還沒有與世界各地的商業對手進行廣泛的技術溝通和交流，所以這一舉動可以簡單地視為提前布局專利壁壘。

放眼全球，全球新能源汽車的主要市場無非是中國、美國和歐洲。除了美國和歐洲，中國也發展了更有競爭力的OEM。日本企業的這種操作，與其說是用專利困住對手，不如說是提前把自己圈進了墻里。

既然日本一直在贏號，而歷史經驗告訴我們，這是一群無視市場形勢和自身現狀的“鐵公雞”，那么行業內其他玩家走他們圈出的技術路線顯然是最明智的選擇。

于是，昨日的過往歷史仿佛重現。

15年前，日本輕率布局氫能，把制氫、儲氫、氫燃料電池堆的專利都藏了起來。十二三年前，豐田還死抱著“雙擎”系統的行星齒輪不放，決心不與同行共享技術場景。

豐田著名的行星齒輪技術

因此，美國、歐洲和美國……中國都忽略了氫能的路線，不約而同地選擇了純電。至于那些同樣致力于混動的車企，比如中國的比亞迪，日本的本田，都是被迫花巨資尋找自己的出路。最后，性能優異的DM-i和iMMD是對“守財奴”最有力的回答。

“17寸大屏，觸覺反饋軛方向盤，換擋到屏幕，后座小屏幕很可愛，X的后座更舒服，整體操作速度真的很快。整個7月，關于車用固態鋰離子動力電池的新聞層出不窮。

首先，本月7日，《日本經濟新聞》與東京研究公司Patent Result合作，完成了一份關于全固態動力電池的全球調查報告。基于企業間對相關專利的掌握情況，報告認為日本企業處于全面領先地位，前十名中，日本企業占據多達6項，第一名豐田持有1331項(第二名松下持有445項)。

當日經中文網微博微信官方賬號首次發布這篇報道時，國內輿論有些不解:就在被迫放棄氫能，轉而使用純電的時候，似乎在車用新能源領域吃了大虧的日本企業，已經在不知不覺中悄然布局，遠遠跑在前面等著大家了？

蜂巢能源展示的固態電池樣品——仍處于實驗室階段

緊接著，19日，蜂巢能源全固態電池實驗室研制出國內首批20Ah硫化鋰全固態原型電池。蜂巢官方公布的數據顯示，該系列電池能量密度達到350-400Wh/kg，并順利通過了針刺、200°C熱箱等實驗。

企業非常樂觀，一旦產品量產應用，現有純電動汽車無需進一步增加電池組即可實現1000公里以上的續駛里程。

蜂巢能源的正式宣布，其實是受到了上個月25日重慶車展期間，當代Amperex科技有限公司董事長曾玉群宣布硫化鋰固態電池已經完成的刺激。

至于第三條新聞，則是發生在上周五(22日)的一場悲劇——許多70后、80后的偶像，前省偶像歌手，被戲稱為“凍齡青年”，如今的職業賽車手“亞洲旋風”林志穎，在帶著年幼的兒子駕車時，突然發生車禍。

林志穎自己駕駛的特斯拉2021 Model X在撞到路中間的分流島后起火，燒毀了整輛車。

值得注意的是，作為當今最強大的量產純電動汽車，特斯拉Model X配備了高能量密度的三元鋰電池，但其安全性一直飽受詬病。

上述消息相互映襯之后，無疑已經反映了純電動汽車接下來的發展趨勢——為了追求更好的安全性和更高的性能，動力電池固態化已經成為一種趨勢。

固態的巨大價值

所謂“固態”，其實是指用固體物質代替鋰電池的電解液。

總的來說，我們以技術路線來劃分，主要分為硫化鋰、高溫聚合物、氧化鋰三大類。

日本公司，如豐田和松下，加上最近在中國成功開發的蜂巢能源和當代安培科技有限公司，都走硫化物路線。Bollore集團和國內電池巨頭比亞迪主要致力于聚合物路線的探索。至于氧化物路線，英國伊利卡公司在這一領域已經深耕多年。

改用固體電解質后，鋰離子動力電池的性能和安全性將大大提高。要解釋這個問題，我們需要了解鋰電池的工作原理。

眾所周知，鋰離子電池是典型的“搖椅電池”。

充電時，正極上的鋰原子……e失去電子，被氧化成鋰離子(脫嵌)，然后在電解液中移動并跑到負極，與流經外接電源的電子結合，然后被還原成鋰原子，嵌在負極碳層的微孔中。

放電時是一個逆向過程——嵌入碳層負極的鋰原子失去電子，被氧化成鋰離子，返回電解液，移動到正極，與流過負載的電子結合，再次還原成鋰原子(嵌入)。

在充放電過程中，鋰以離子狀態從正極脫嵌到負極，像搖椅一樣，來回搖擺。

電解液是電池中不可缺少的物質，通常，它是液體。那么，用一種同樣可以導電的固體來代替呢？這將在兩個主要方向上帶來許多優勢。首先，能量密度大大提高。

在現有的常規鋰電池中，正極材料的選擇往往受到限制，在整個生產中無法選擇電壓較高的材料，而是限制在4.45V V的范圍內，由于電壓過高，可能會導致鈷酸鋰電解液氧化，正極表面發生不可逆的相變。

使用電解液的圓柱形鋰電池芯結構

如果是固體電解質，可以使用高壓正負極材料來提高電池的能量密度，例如提高到5V甚至更高，所以電池的極限能量密度也提高了。

負極材料也是同樣的問題。隨著固體材料的替代，鋰甚至可以用作電池的負極材料。與現有最好的三元鋰電池相比，硫化物正極材料對應的電池理論能量密度至少可以提高一倍。

當然，固化對能量密度的提高不僅僅體現在化學性質的高低上。

因為電芯中不再含有高活性的含鋰液體電解液，所以即使正負極隔膜被刺破，也不會因為電解液滲入兩極而很快發生短路。所以電芯的外殼其實可以選擇更輕的材料。從而降低了電芯的質量，并顯著提高了整個電池組的能量密度。

用固體電解質代替電解質后，電池的形狀也可以從卷繞的圓柱形變成扁平的矩形。

除了能量密度的進一步提升，高安全性無疑是固態電池的另一大優勢。其重要性甚至可能超過前者。

如上所述，正如蜂巢能源對自產固態電池的測試結果——當電池芯意外斷裂時，困擾鋰離子動力電池很久的“短路-發熱-爆燃”的連鎖反應就更蠢了。在現有的實驗室測試中，所有樣品都通過了嚴格的擠壓、加熱和針刺測試。而且在上述測試過程中，也沒有看到短路和由此產生的爆燃問題。

此外，固態電池在過充后不會像液態電池那樣釋放鋰枝晶，因此不存在刺破正負極絕緣膜造成短路的風險。

比亞迪的固態電池組方案比柱狀電池更緊湊。

最后，由于電池中的固體電解質不揮發，不易燃燒，可以有效避免液體電池在拆卸時的滲漏問題，不僅環保，而且有利于回收利用。

必然的前景和未知的過程

當然，上面已經解釋了固態電池的所有好處，但是我們也不能忽視它們目前面臨的問題。這些細節，很多企業在鼓舞人心的公告中很少提及。

首先也是最重要的，毫無疑問，固態和液態相比，存在著各種各樣的“原罪”。

正是因為電解質被改變了……到固態，其電導率自然低于液態電解質，由此產生的高界面阻抗必然影響鋰離子在界面間的正常穿越。

與液體電解質相比，固體材料一旦與正負極附著不良，必然導致電池界面相容性差。這種不匹配是不可避免的——在電池的充放電過程中，電池內部會隨著活性物質的性變化而膨脹收縮4%左右。在這種情況下，界面分離不可避免。

幾種全固態電池的基本結構都是合適的。通過改進結構可以緩解膨脹問題。

目前固態電池發展的三個主要方向:聚合物、氧化物、硫化物，都各有利弊。能否從實驗室走向工廠還有一個關鍵——工藝問題。以蜂巢能源公布的硫化物路線為例。雖然我們還不知道其固體電解質的詳細情況，但如果和日本企業類似，硫化物電解質的處理加工顯然也需要依靠惰性氣體環境。

這意味著它無法利用現有的液體電池生產線轉產。使用新技術建立全新的生產線也意味著大量投資和現有系統的徹底改造。這代表了現階段動力電池行業巨大的沉沒成本。

說明固態電池的巨大優勢，那么我們再回到日經的相關報道。

根據《日經新聞》和《專利結果》共同完成的報告，毫無疑問，當今日本的豐田在技術上具有最大的優勢。畢竟，它以1331項專利擊敗了排名第二的松下。后者的445項專利僅占前者的39.3%。

圖像源看到水印

其實縱觀整個榜單，前十名的公司其實都是日系(6家)和韓系(4家)。很難不想到另一份關于純電動汽車專利競爭力的日經榜單。

在那份2021年的榜單中，它位列第一和第二，分別是擁有8363項專利的豐田和擁有6564項專利的福特。排名第三和第四的本田(3849項)和通用(3283項)也與第一名拉開了距離。

但榜單是一回事，現實世界的新能源汽車產銷數字又是另一回事。畢竟，2021年交付93.6萬輛純電動汽車的特斯拉排名第八，只有1741項專利。至于第二名，全年交付58.4萬輛新能源汽車(包括純電動汽車和混合動力汽車)的比亞迪，竟然沒有出現在總共20輛的名單中。

正因如此，日本媒體還靠文字游戲來“助推野心”，其實是很沒有必要的。

對于這兩份報告中列出的專利數字，筆者無法查到實用新型專利和外觀設計專利的比例，甚至連統計數據本身都無法考證。好的一面是，除了大量的設計專利，日本企業很可能會對所有在企業實驗室完成的技術實際申請專利。

但這意味著一個新的問題。專利的本質是公開自己的方案，通過相關法律獲得保護。但這也意味著，在世界所有競爭對手面前，提前亮出底牌。而且由于日本企業目前還沒有與世界各地的商業對手進行廣泛的技術溝通和交流，所以這一舉動可以簡單地視為提前布局專利壁壘。

放眼全球，全球新能源汽車的主要市場無非是中國、美國和歐洲。除了美國和歐洲，中國也發展了更有競爭力的OEM。日本企業的這種操作，與其說是用專利困住對手，不如說是提前把自己圈進了墻里。

既然日本一直在贏號，而歷史經驗告訴我們，這是一群無視市場形勢和自身現狀的“鐵公雞”，那么行業內其他玩家走他們圈出的技術路線顯然是最明智的選擇。

作為……結果，昨天過去的歷史仿佛重現。

15年前，日本輕率布局氫能，把制氫、儲氫、氫燃料電池堆的專利都藏了起來。十二三年前，豐田還死抱著“雙擎”系統的行星齒輪不放，決心不與同行共享技術場景。

豐田著名的行星齒輪技術

結果美國、歐洲、中國都無視氫能的路線，不約而同地選擇了純電。至于那些同樣致力于混動的車企，比如中國的比亞迪，日本的本田，都是被迫花巨資尋找自己的出路。最后，性能優異的DM-i和iMMD是對“守財奴”最有力的回答。

“17寸大屏，觸覺反饋軛方向盤，換擋到屏幕，后座小屏幕很可愛，X的后座更舒服，整體操作速度真的很快。”

0

2021年初，當林志穎滿心歡喜地拿到最新的三電機版ModelX時，他萬萬沒想到，一年多后，他和小兒子也要遭受這種命運。

上周五(22日)上午，在桃園市正北路上，林志穎駕駛著他曾經備受期待的“1020馬力，0-100 km 2.1秒加速”的性能怪獸，發生了危險。

在沒有任何征兆的情況下，行駛中的車輛突然向一側傾斜，撞上了路中間的隔離帶。

從后來流出的監控視頻中清晰地了解到驚心動魄的一幕:

撞擊后僅36秒，曾經作為豪華純電動車代表的Model X就開始噴出濃煙，燃起熊熊大火。

幸運的是，就在汽車爆炸前六秒鐘，被撞昏并被困在車內的林志穎和他的兒子被一群前來營救的路人從殘骸中拖了出來。被稱為“冰封時代”的亞洲旋風男孩和他年幼的兒子在這場悲劇中受了輕傷。

1

整個車頭都燒成了灰燼。

“起火原因暫時無法確認。緊急情況下，駕駛員和副駕駛都有機械開門裝置，停電時可以強行解鎖車門，后排乘客可以通過后備箱逃生。”

特斯拉的客服在回答記者對此事件的詢問時是這樣說的。同時也強調了特斯拉(汽車)駕駛座附近沒有易燃物。

然而，這不是真的，因為就在駕駛座的下方，甚至是整個乘客艙的正下方，為這個2.45噸的龐然大物的1020馬力浪涌提供能量的100kWh電池組就在這里。

2

Model X的“堅固”底盤，100度電池組占了一半以上的重量。

撞擊隔離島的巨大動能瞬間將整個車頭劈開，打碎了電包脆弱的外殼。泄漏的電解液在極短的時間內造成了短路，釋放了大量的熱能，最后引燃了整個前體。

我無法想象如果這次事故發生在人跡罕至的地方，這對父子在車上會有什么可怕的命運。

無論是基于安全性，還是為了追求更好的車輛性能，都是時候認真考慮和規劃固態電池的商業應用了。"

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2021年初，當林志穎滿心歡喜地拿到最新的三電機版ModelX時，他萬萬沒想到，一年多后，他和小兒子也要遭受這種命運。

上周五(22日)上午，在桃園市正北路上，林志穎駕駛著他曾經備受期待的“1020馬力，0-100 km 2.1秒加速”的性能怪獸，發生了危險。

在沒有任何征兆的情況下，行駛中的車輛突然向一側傾斜，撞上了路中間的隔離帶。

從后來流出的監控視頻中清晰地了解到驚心動魄的一幕:

撞擊后僅36秒，曾經的豪華純電動車代表Model X，b……噴出濃煙并點燃熊熊大火。

幸運的是，就在汽車爆炸前六秒鐘，被撞昏并被困在車內的林志穎和他的兒子被一群前來營救的路人從殘骸中拖了出來。被稱為“冰封時代”的亞洲旋風男孩和他年幼的兒子在這場悲劇中受了輕傷。

1

整個車頭都燒成了灰燼。

“起火原因暫時無法確認。緊急情況下，駕駛員和副駕駛都有機械開門裝置，停電時可以強行解鎖車門，后排乘客可以通過后備箱逃生。”

特斯拉的客服在回答記者對此事件的詢問時是這樣說的。同時也強調了特斯拉(汽車)駕駛座附近沒有易燃物。

然而，這不是真的，因為就在駕駛座的下方，甚至是整個乘客艙的正下方，為這個2.45噸的龐然大物的1020馬力浪涌提供能量的100kWh電池組就在這里。

2

Model X的“堅固”底盤，100度電池組占了一半以上的重量。

撞擊隔離島的巨大動能瞬間將整個車頭劈開，打碎了電包脆弱的外殼。泄漏的電解液在極短的時間內造成了短路，釋放了大量的熱能，最后引燃了整個前體。

我無法想象如果這次事故發生在人跡罕至的地方，這對父子在車上會有什么可怕的命運。

無論是基于安全性，還是為了追求更好的車輛性能，都是時候認真考慮和規劃固態電池的商業應用了。

標簽：豐田特斯拉比亞迪Model X本田

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