为何马斯克“失声”固态电池？

埃隆·马斯克（Elon Musk）说，电池是未来的要害。它们为科技革新供给了动力，为国际带来了智能手机、平板电脑，以及在顾客开端被鼓舞远离化石燃料的时分，它们带来了电动轿车。但是，驱动现代国际的锂离子电池背面的科学技能在三十多年来根本没有改动。

当锂离子电池开端在轿车职业广泛应用时，它揭露的职业隐秘也再次被扩大并呈现在大众面前。锂离子电池含有数百公斤的金属和资料，特别是石墨、钴和高纯度镍，在挖掘和提炼进程中会形成严峻污染，并添加二氧化碳的排放。另一个问题是安全问题，这些电池简略发生火灾和爆破。

这些缺陷使得人们对固态电池寄予厚望，期望它能协助处理许多环境和安全问题。固态电池选用薄薄一层固体电解质，代替现在锂离子电池中易燃的液体溶液，能够更密布地贮存能量。此外，固体电解质还能够充任隔阂，隔阂在锂离子电池中是要害部件，能够下降火灾危险，削减所需原资料的数量。

电动轿车制作商特斯拉的首席执行官马斯克在固态电池的话题上一反常态地缄默沉静，他的揭露表态中很少提及固态电池，包含在2020年9月的“电池日”活动上。

在不添加电池组本钱和火灾危险的前提下，对更短的充电时刻和更长的路程数的寻求现已到达了技能上限。处理这些约束是让电动轿车革新真实起飞的要害。固态电池供给了部分处理计划，但或许会献身特斯拉作为商场领导者的位置。

两大趋势

两大趋势加大了电池技能革新的紧迫性，一是欧洲和我国都在鼓舞电动轿车的开展，二是全球对工业金属的需求激增或许会削弱长时刻供给。

跟着更严厉的新车排放方针的逐渐施行，2020年欧洲电动轿车的销量添加了一倍多。无论是英国仍是德国，越来越多的国家许诺从2030年起制止出售新的汽油和柴油轿车。一起，绿色技能现在被各国政府视为改善经济添加放缓的一种办法。

在我国，2020年电动轿车的销量到达了前史高点130万辆。“这乃至现已跟补助没关系了，现在补助在轿车总价中的份额能够忽略不计，只要非常之一左右。”摩根大通财物办理公司的研讨分析师Mark Mao说，“销量只会上升。”

商场的达观心情部分是归因于电池制作商下降了出产本钱。依据咨询公司Benchmark Mineral Intelligence的数据，关于锂离子电池组这一电动轿车最贵重的部件来说，其电芯的价格在曩昔十年中下降了近90%，2020年降至每千瓦时110美元左右。

均匀而言，电动轿车仍比传统汽油车贵30%。但这一间隔正在缩小，瑞银的分析师标明，现在间隔价格平价仅剩三年时刻。从此，电动轿车的需求应该会进一步加速，这意味着对电池的需求更大。

电池中高度易燃的液态溶液不只易燃，还使收回困难，转售价值下降严峻。还有价格要素，在不添加电池组本钱的情况下，对安全性和能量密度的改善，每辆车的本钱约为12000美元，现已到达了技能极限，这意味着运用锂离子电池的长续航轿车的价格有一个内部底线。比方入门级的特斯拉Model 3的起价为37990美元，现代Ioniq为33245美元。

除了贵重和不稳定之外，电池还很粗笨，特斯拉Model S的电池分量超越540公斤，它们的存在大大紧缩了腿部空间，并施加了其他规划约束。这种额定的分量使电动轿车比汽油车重得多，因而它们需求更多的动力来掩盖相同的路程，特别是在冰冷的气候。再加上充电时刻较长，充电根底设备缺少，还有很大的改善空间。

“快速充电与液态电解质的调配并不抱负。在这个进程中发生的热量会损坏电池，肯定会前进火灾危险。”布朗大学工程教授布莱恩·谢尔顿（Brian Sheldon）说，“固态电池能够处理这一危险。”

电动轿车的倡导者好像接受了这些约束，并选用了一些变通的办法，比方在冬季封闭暖风来延伸行进路程。

但是大多数问题，尤其是安全问题，却不那么简略处理。传统上，电池中镍、钴和锰的含量是持平的。但最近的职业趋势是将电池中镍的份额前进到阴极资料的80%以上。这有助于前进路程数，并能削减钴的运用量，下降出产本钱，因为钴的本钱是镍的两倍。

不幸的是，这种新的金属组合也使电池愈加不稳定。我国最早将锂离子电池商业化，自5月以来，已有3辆装备这种电池的轿车起火。其他金属组合，如锂和铁，已被证明更安全，但能量密度较低。

无论是轿车制作商仍是智能手机开发商，关于他们来说还有另一个一起的问题，那就是跟着电池成为许多技能的要害部件，对原资料的需求也在添加。这在曩昔一年中推动了镍、石墨、锂、钴和铜的价格不断上涨。假如再加上大多数大宗商品交易的美元走软，价格或许会进一步上涨。

均匀而言，一辆电动乘用车的电池需求约20公斤的镍（特斯拉Model 3需求30公斤），阴极需求多达20公斤的钴，外加约60公斤的锂化合物。在这些金属中，镍至关重要，因为它能协助电池贮存更多的能量，并削减对更贵重的钴的需求。

特斯拉2020年占有了欧洲电动轿车职业运用的一切镍的一半以上，马斯克特别指出供给是一个问题。美国投行杰弗瑞集团（Jefferies）标明，该公司计划到2030年出产贮存3太瓦时的电池，依照现在的水平，这将耗尽全球大部分镍产值。前进产值很难，产出的镍中只要不到一半能够合适用于电池。新的镍矿床也非常稀有，不扫除呈现缺少的或许。

因为不同的原因，锂的供给是有限的。锂是一种丰厚的资源，但公司提炼锂用于制作电池的才能有限，代替品稀缺。制作新的锂矿设备或许需求长达10年的时刻。电动轿车制作商的需求如此之大，以至于分析师估计2021年末前将开端呈现供给缺少。钴也面对相似的命运。瑞银标明，估计未来十年将持续求过于供。

商业化还有多远？

大众轿车电芯中心负责人弗兰克·布洛梅（Frank Blome）将固态电池描绘为锂离子等效电池的“终结者”。

固态电池更安全、更廉价，能够运用更长时刻而不会呈现功能下降，所需原资料更少。电池芯能够堆叠起来，就像用砖头垒墙相同，使它们更简略习惯不同的轿车规划。它们更轻，大约10分钟就能充满电，并且具有更高的能量密度，供给双倍或更多的续航路程。固态电池对铜和铝的需求更小，石墨和钴能够彻底被筛选。收回固态电池也将是一个更简略、更安全的进程。

“从前史上看，从轿车排气体系到冰箱，新一代技能都带来了原资料运用量的大幅削减。固态电池也应该如此。”Hana Ventures首席执行官金东焕（Donghwan Kim）说，该公司是一家总部设在首尔的危险出资公司，首要出资于技能和工业范畴。

现已出产出的原型产品标明，固态电池的能量存储量比相同分量和体积的锂离子电池多80%。金属锂具有更高的能量密度，能够代替石墨，有助于减轻电池分量和体积。

特斯拉声称未来三年内量产出比传统锂离子电池的能量密度高50%的电池，以添加行进路程。关于那些期望前进锂离子电池功能的人来说，在行进中的车辆上装置分量超越500公斤的电池，一起不影响续航路程和安全性，是一项深重的应战。这导致分析师们对特斯拉所标榜的雄心勃勃发生了一些置疑。

“在今日的上限根底上前进50%，意味着电池的尺度要大得多，因为需求有更多的资料进入阴极。”布朗大学的谢尔顿说，“将这些装入轿车将是一个严重的应战。”

在曩昔二十年里，传统电池的能量密度每年添加约4%，到达每升约700瓦时，相当于续航路程500公里。因为电芯和液体电解质现已占了很多体积，这一水平很难进一步添加。

固态电池不只能够将电芯的能量密度前进到每升1000瓦时以上，行进路程为800公里。并且它们还能够接受更多的充放电次数。它们还能够在较长的运用寿数内坚持更多的能量，然后有或许完成100万英里的电池寿数。这将极大地改动毕生具有本钱，并削减原资料的运用。

尽管现已开发出了固态电池的原型，但每辆长续航电动轿车需求的电芯数量至少是迄今为止在实验室测验的20倍。工厂将很难批量制作它们，现在每块电池的制形本钱约为10万美元。

大规模出产还需求几年时刻。但各家公司正向着它渐渐挨近。“现在与之前最大的不同是，固态电池技能现已取得了前进，人们现已发现了阻止其商业化的问题。”谢尔顿说，“这足以让咱们感到达观。”

固态电池范畴现在最受重视的公司是QuantumScape，这是一家由大众轿车和比尔·盖茨（Bill Gates）支撑的硅谷创业公司。它的方针是在2024年完成商业化出产。在经过一家特别意图收买公司上市后，其股价2020年上涨超越1000%，对该公司的估值一度挨近500亿美元，超越通用轿车。

Solid Power是一家坐落科罗拉多州的草创企业，正在小规模地出产22层锂金属电池，这现已能够供给比现在长续航电池更多的路程数。它计划在一年内出产出更大的电池，并在2025年前将其应用于轿车。

但是关于寻觅特斯拉颠覆者的出资者来说，像这样的草创企业或许不是最好的挑选。它们缺少从头开端制作要害部件的才能。现在在传统的电池、轿车和机械范畴占有主导位置，并且有现成的机械和资料途径的公司更合适很多出产的零部件。

依据这些原因，一些亚洲公司看起来最合适将固态电池变为实际。丰田将在2021年推出一款原型车，只需10分钟即可充满电，续航500公里。丰田轿车两年前推出的雷克萨斯LF-30概念车，装备了小型固态电池，现在已有1000项触及固态电池技能的注册专利。

来自三星的代替计划将供给一次充电800公里的路程。它的体积将是传统电池的一半。首席研讨员Dongmin Im说，“这项技能是前进电动轿车路程数的革新根底。”它的生命周期超越1000次充电，与现有电池比较，现有电池只需快速充电60次就会呈现容量衰减。

关于这些公司及其出资者来说，固态电池是一个不错的赌注。这种技能的每一次前进，都为先行者带来了意外之财。行将推出第五代锂离子电动轿车电池的三星现已签署了几份合同，其间包含与宝马签定的价值35亿美元的合同，在未来十年为其供给电芯。

关于特斯拉来说，这些发展构成了要挟。它对电动轿车商场的操纵，与它的车型较长的续航路程和快速充电时刻，以及它的立异软件和颠覆性营销相同重要。但是，假如轿车能在家里相同快速充电，它遍及全球的超级充电站网络将不会带来什么竞赛优势。

制作商离商业化有多近？从专利方面也可见一斑。依据欧洲专利局2005年的数据，电池和电力存储设备的全球新专利申请数量的添加速度是一切其他技能范畴均匀水平的4倍。而与固态电池相关的专利添加速度最大，这暗示着固态电池进入商场的时刻快于预期。

“咱们多久能到达大规模出产，仅仅出资多少的问题。”Hana Ventures的金说，“以芯片制作为例，大多数约束，包含那些从前被说成是技能上不或许的约束，都现现已过添加资金来战胜。最近电动轿车商场的添加意味着，现在能够分配更多的资金将固态电池推向商场。”