点燃下一次汽车革命？固体电池离我们还有多远？
从6月份开始，由于“固体电池”，新能源汽车圈再次被烧开。首先，小米汽车宣布获得了固体电池相关专利，随后龙头企业比亚迪也被传言将率先在新旗舰车型中配备固体电池。虽然这些新闻大多还处于“谣言”或“长期规划”阶段，但资本市场的热烈反应和公众的高度关注足以证明这项技术承载着多么巨大的期待。
常听说固体电池会带来“1000公里续航”、颠覆性的宣传，比如“10分钟充满”。但是是什么呢？为什么被称为下一代电池技术的“圣杯”？要理解这一切，我们必须从我们手机和电瓶车中最常见的锂电池开始。
目前我们使用的锂电池就像一个微型的“游泳池”。这个游泳池有四个核心角色:
正极（Positive Electrode）：锂离子的“度假胜地”。充电时，锂离子必须离开这里。
负极（Negative Electrode）：锂离子的“工作站”。充电时，锂离子被迫在这里储存能量。
电解液（Electrolyte）：“游泳池水”与“度假村”和“工作站”相连。它是锂离子来回移动的唯一通道，是一种有机液体。
隔膜（Separator）：一层独特的塑料薄膜覆盖着微孔，将正极和负极物理分开，避免了它们接触造成的短路“打架”，但也允许锂离子自由“游泳”。
所以整个充电过程就像是无数的锂离子。（Li⁺）赶出正极的“度假村”，强迫他们游过电解液，穿过隔膜，最后嵌入负极的“工作站”保存。当负极充满锂离子时，电池充满电。
放电过程(也就是大家用手机或者开车的时候)恰恰相反。负极锂离子自发地游回正极“度假村”，在这个过程中释放电子。（e⁻），当电子通过外部电路流动时，它会形成电流，驱动设备运转。
科学家们称这个过程为“摇椅电池”，因为锂离子在正负两极之间来回摆动，就像坐在摇椅上一样，完成了能量的储存和释放。
虽然这款“游泳池”模型非常成功，并且支撑着整个消费电子和新能源汽车时代，但是它的先天缺陷也越来越明显。
最大的问题是电解液。这种有机液体像汽油一样高度易燃。隔膜只是一层薄薄的塑料。如果隔膜因冲击、穿刺或电池过热而损坏，正负会直接接触，造成剧烈的化学变化和瞬间短路。我们称之为“热失控”。这将导致电解液燃烧、电池火灾甚至爆炸。近年来，新能源汽车自燃的频繁发生很大一部分原因与此有关。
电池能装多少电取决于它的“能量密度”。为了安全起见，传统锂电池的负极通常由石墨制成，正极材料的选择也受到许多限制。就像“工作站”的流程有限，“度假村”的房间也有限。
经过几十年的发展，传统液体锂电池的能量密度已经接近其理论天花板，很难有质的飞跃。最简单粗暴的方法就是堆积电池，这样会增加车重，占用车内空间，大大提高成本，因小失大。
每个人都想要闪电般的充电效率。但是对于液体锂电池来说，充电太快是一个危险的游戏。如果电流过大，锂离子没有时间有序嵌入负极“工序”，就会在负极表面“聚集”，形成一个叫做“锂枝晶”的针状晶体。
这些锐利的晶体就像一把短刀，会不断生长，最终刺穿柔软的隔膜，也会导致内部短路和热量失控。因此，通过复杂的电池管理系统，快速充电技术现在正在用“枷锁跳舞”（BMS）为了换取安全，严格控制温度和电流，牺牲一定的充电效率。
面对液体电池的诸多“苦恼”，科学家们提出了一个自下而上的计划:如果“水面”是问题的根源，我们为什么不把水抽干，换成固体物品呢？
那就是固体电池（Solid-State Battery）核心思想。
固体电池采用固体电解质，完全取代了原有液体的电解液和隔膜。
这种固体电解质是所有技术的核心。它必须能有效隔离正负，就像隔膜一样；它还必须能够像电解液一样有效地穿过锂离子。然后，原本用于锂离子游泳的“水面”现在变成了由特殊晶体组成的“分子隧道”或“离子高速公路”，锂离子可以在这个固体晶格中跳跃传输。
这种改变，带来了全方位、革命性的改善。
固体电池性能稳定，耐高温，不怕穿刺，这意味着不会像传统电池那样发生火灾、燃烧和爆炸。它不仅是一个离子通道，也是一个坚固的“防火墙”，完全隔离了正负。这就像用水泥代替游泳池里的水。即使发生最严重的冲击，电池也不会泄漏或燃烧，从物理上根除了热失控的风险。
因此，由于安全性大大提高，固态电池可以解锁更“激进”的材料系统。例如，金属锂可以直接用于负极，其理论能量是普通石墨负极的10倍以上。富锂锰基等材料也可用于正极。
这意味着，在相同的尺寸和重量下，固态电池可以储存两倍甚至更多的电量。目前高端电动汽车的续航时间基本在600-700公里，但更换固态电池后，轻松突破1000公里已经不再理想，用户的里程焦虑已经完全结束。
坚固的固体电解质可以有效抑制锂枝晶体的生长。没有这把悬在头顶的“达摩克利斯之剑”，电池可以承受更多的电流。理论上，一辆电动汽车从0充电到80%的电量可以从目前的30-40分钟缩短到10-15分钟，几乎接近传统燃油汽车的加油体验。
在反复充放电过程中，液体电解液会与正负反应，逐渐消耗，导致电池功率下降。但固体电解质结构更持久，副反应更少，因此电池循环寿命更长。与此同时，它对温度的耐受性也更好，无论是在寒冷的冬天还是炎热的夏天，它都能保持稳定的性能。
固体电池的普及，将彻底重塑新能源汽车的补能生态，对现有的“充电桩”和“换电站”方式产生深远的影响。
固体电池的超快充电能力会改变“充电”的感觉。当充电10分钟可以增加几百公里的电池寿命时，公共充电桩的利用率将会翻倍。如今，在节假日高速服务区排队几个小时充电的困境将成为历史。客户不再需要为了充电而刻意规划行程，而是可以通过在商场购物和餐厅吃饭的碎片化时间轻松完成补充能量。
这样甚至可能改变顾客的充电习惯。对没有家庭充电条件的用户而言，公共快速充电站完全可以满足日常需要，进一步降低了拥有电动汽车的门槛。
但是，我们还泼的凉水还是不能少。现在固体电池如此完美，为什么还没有得到大规模的应用？
极难让锂离子像液体一样在固体中“奔跑”。目前，虽然科学家已经找到了几种电导率好的材料(如硫酸盐、氧化物、高聚物)，但整体性能仍需加强。
液体可以完美接触电极，但固体和固体很难无缝贴合。电极材料在充放电过程中也会膨胀收缩，容易造成界面分离，形成巨大的“界面电阻”，严重影响电池的性能和使用寿命。如何让固体电解质与电极“形影不离”、“陪伴老去”是核心技术瓶颈。
更重要的是，固态电解质材料成本高，制造工艺复杂，与现有液态锂电池生产线不兼容，需要全新的设备和工艺。它只能是少数高端车型的“奢侈品”，才能推动大规模量产，将成本降低到市场可接受的水平。
正因如此，业界普遍认为，真正的“全固态电池”大规模商业化可能需要5到10年的时间。目前市场上一些所谓的“固态电池”实际上是一种“半固态电池”的过渡方案，即在固态电解质中仍然夹杂着少量的液态成分来改善界面问题。它们是走向最终目标的重要一步，但不是革命的终点。
动力电池是新能源汽车成本构成中当之无愧的核心。其性能直接关系到车辆的续航、安全和充电体验，是消费者决策的关键，也是汽车公司竞争的焦点。可以说，谁掌握了下一代电池技术，谁就掌握了未来汽车市场的主导地位。
固态电池是备受关注的下一代技术。它承诺了一个更安全、更长的电池寿命和更快的能量补充的未来，震惊了目前电动汽车的三大问题。虽然从实验室到大规模生产的道路仍然充满挑战，但全球R&D竞赛已经全面展开。
因此，围绕“固体”的技术变革远不止电池本身。这是对整个汽车产业链的重塑，每一次进步都会深刻影响未来汽车产品的形态和市场结构。电池技术的升级对整个汽车市场来说无疑是一个重要的任务。
本文来自微信微信官方账号“车云”（ID：cheyunwang），作者：车云菌，36氪经授权发布。
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