一把大火，烧出了锂电池的去路

整个7月，关于车用固态锂离子动力电池的新闻层出不穷。

首先，本月7日，《日本经济新闻》与东京研究公司Patent Result合作，完成了一份关于全固态动力电池的全球调查报告。基于企业间对相关专利的掌握情况，报告认为日本企业处于全面领先地位，前十名中，日本企业占据多达6项，第一名丰田持有1331项(第二名松下持有445项)。

当日经中文网微博微信官方账号首次发布这篇报道时，国内舆论有些不解:就在被迫放弃氢能，转而使用纯电的时候，似乎在车用新能源领域吃了大亏的日本企业，已经在不知不觉中悄然布局，远远跑在前面等着大家了？

蜂巢能源展示的固态电池样品——仍处于实验室阶段

紧接着，19日，蜂巢能源全固态电池实验室研制出国内首批20Ah硫化锂全固态原型电池。蜂巢官方公布的数据显示，该系列电池能量密度达到350-400Wh/kg，并顺利通过了针刺、200°C热箱等实验。

企业非常乐观，一旦产品量产应用，现有纯电动汽车无需进一步增加电池组即可实现1000公里以上的续驶里程。

蜂巢能源的正式宣布，其实是受到了上个月25日重庆车展期间，当代Amperex科技有限公司董事长曾玉群宣布硫化锂固态电池已经完成的刺激。

至于第三条新闻，则是发生在上周五(22日)的一场悲剧——许多70后、80后的偶像，前省偶像歌手，被戏称为“冻龄青年”，如今的职业赛车手“亚洲旋风”林志颖，在带着年幼的儿子驾车时，突然发生车祸。

林志颖自己驾驶的特斯拉2021 Model X在撞到路中间的分流岛后起火，烧毁了整辆车。

值得注意的是，作为当今最强大的量产纯电动汽车，特斯拉Model X配备了高能量密度的三元锂电池，但其安全性一直饱受诟病。

上述消息相互映衬之后，无疑已经反映了纯电动汽车接下来的发展趋势——为了追求更好的安全性和更高的性能，动力电池固态化已经成为一种趋势。

固态的巨大价值

所谓“固态”，其实是指用固体物质代替锂电池的电解液。

总的来说，我们以技术路线来划分，主要分为硫化锂、高温聚合物、氧化锂三大类。

日本公司，如丰田和松下，加上最近在中国成功开发的蜂巢能源和当代安培科技有限公司，都走硫化物路线。Bollore集团和国内电池巨头比亚迪主要致力于聚合物路线的探索。至于氧化物路线，英国伊利卡公司在这一领域已经深耕多年。

改用固体电解质后，锂离子动力电池的性能和安全性将大大提高。要解释这个问题，我们需要了解锂电池的工作原理。

众所周知，锂离子电池是典型的“摇椅电池”。

充电时，正极上的锂原子失去电子，被氧化成锂离子(脱嵌)，然后在电解液中移动并跑到负极，与流经外接电源的电子结合，然后被还原成锂原子，嵌在负极碳层的微孔中。

放电时是一个逆向过程——嵌在碳层负极的锂原子失去电子，被氧化成锂离子，返回电解液，移动到正极，与流过的电子流结合……e负载，又被还原为锂原子(嵌入)。

在充放电过程中，锂以离子状态从正极脱嵌到负极，像摇椅一样，来回摇摆。

电解液是电池中不可缺少的物质，通常，它是液体。那么，用一种同样可以导电的固体来代替呢？这将在两个主要方向上带来许多优势。首先，能量密度大大提高。

在现有的常规锂电池中，正极材料的选择往往受到限制，在整个生产中无法选择电压较高的材料，而是限制在4.45V V的范围内，由于电压过高，可能会导致钴酸锂电解液氧化，正极表面发生不可逆的相变。

使用电解液的圆柱形锂电池芯结构

如果是固体电解质，可以使用高压正负极材料来提高电池的能量密度，例如提高到5V甚至更高，所以电池的极限能量密度也提高了。

负极材料也是同样的问题。随着固体材料的替代，锂甚至可以用作电池的负极材料。与现有最好的三元锂电池相比，硫化物正极材料对应的电池理论能量密度至少可以提高一倍。

当然，固化对能量密度的提高不仅仅体现在化学性质的高低上。

因为电芯中不再含有高活性的含锂液体电解液，所以即使正负极隔膜被刺破，也不会因为电解液渗入两极而很快发生短路。所以电芯的外壳其实可以选择更轻的材料。从而降低了电芯的质量，并显著提高了整个电池组的能量密度。

用固体电解质代替电解质后，电池的形状也可以从卷绕的圆柱形变成扁平的矩形。

除了能量密度的进一步提升，高安全性无疑是固态电池的另一大优势。其重要性甚至可能超过前者。

如上所述，正如蜂巢能源对自产固态电池的测试结果——当电池芯意外断裂时，困扰锂离子动力电池很久的“短路-发热-爆燃”的连锁反应就更蠢了。在现有的实验室测试中，所有样品都通过了严格的挤压、加热和针刺测试。而且在上述测试过程中，也没有看到短路和由此产生的爆燃问题。

此外，固态电池在过充后不会像液态电池那样释放锂枝晶，因此不存在刺破正负极绝缘膜造成短路的风险。

比亚迪的固态电池组方案比柱状电池更紧凑。

最后，由于电池中的固体电解质不挥发，不易燃烧，可以有效避免液体电池在拆卸时的渗漏问题，不仅环保，而且有利于回收利用。

必然的前景和未知的过程

当然，上面已经解释了固态电池的所有好处，但是我们也不能忽视它们目前面临的问题。这些细节，很多企业在鼓舞人心的公告中很少提及。

首先也是最重要的，毫无疑问，固态和液态相比，存在着各种各样的“原罪”。

正是由于电解质变为固态，其电导率自然低于液态电解质，由此产生的高界面阻抗必然会影响锂离子在界面间的正常穿越。

与液体电解质相比，固体材料一旦与正负极附着不良，必然导致电池界面相容性差。这种不匹配是不可避免的——在电池充放电过程中，电池内部会随着se膨胀和收缩约4%……活性物质的所有变化。在这种情况下，界面分离不可避免。

几种全固态电池的基本结构都是合适的。通过改进结构可以缓解膨胀问题。

目前固态电池发展的三个主要方向:聚合物、氧化物、硫化物，都各有利弊。能否从实验室走向工厂还有一个关键——工艺问题。以蜂巢能源公布的硫化物路线为例。虽然我们还不知道其固体电解质的详细情况，但如果和日本企业类似，硫化物电解质的处理加工显然也需要依靠惰性气体环境。

这意味着它无法利用现有的液体电池生产线转产。使用新技术建立全新的生产线也意味着大量投资和现有系统的彻底改造。这代表了现阶段动力电池行业巨大的沉没成本。

说明固态电池的巨大优势，那么我们再回到日经的相关报道。

根据《日经新闻》和《专利结果》共同完成的报告，毫无疑问，当今日本的丰田在技术上具有最大的优势。毕竟，它以1331项专利击败了排名第二的松下。后者的445项专利仅占前者的39.3%。

图像源看到水印

其实纵观整个榜单，前十名的公司其实都是日系(6家)和韩系(4家)。很难不想到另一份关于纯电动汽车专利竞争力的日经榜单。

在那份2021年的榜单中，它位列第一和第二，分别是拥有8363项专利的丰田和拥有6564项专利的福特。排名第三和第四的本田(3849项)和通用(3283项)也与第一名拉开了距离。

但榜单是一回事，现实世界的新能源汽车产销数字又是另一回事。毕竟，2021年交付93.6万辆纯电动汽车的特斯拉排名第八，只有1741项专利。至于第二名，全年交付58.4万辆新能源汽车(包括纯电动汽车和混合动力汽车)的比亚迪，竟然没有出现在总共20辆的名单中。

正因如此，日本媒体还靠文字游戏来“助推野心”，其实是很没有必要的。

对于这两份报告中列出的专利数字，笔者无法查到实用新型专利和外观设计专利的比例，甚至连统计数据本身都无法考证。好的一面是，除了大量的设计专利，日本企业很可能会对所有在企业实验室完成的技术实际申请专利。

但这意味着一个新的问题。专利的本质是公开自己的方案，通过相关法律获得保护。但这也意味着，在世界所有竞争对手面前，提前亮出底牌。而且由于日本企业目前还没有与世界各地的商业对手进行广泛的技术沟通和交流，所以这一举动可以简单地视为提前布局专利壁垒。

放眼全球，全球新能源汽车的主要市场无非是中国、美国和欧洲。除了美国和欧洲，中国也发展了更有竞争力的OEM。日本企业的这种操作，与其说是用专利困住对手，不如说是提前把自己圈进了墙里。

既然日本一直在赢号，而历史经验告诉我们，这是一群无视市场形势和自身现状的“铁公鸡”，那么行业内其他玩家走他们圈出的技术路线显然是最明智的选择。

于是，昨日的过往历史仿佛重现。

15年前，日本轻率布局氢能，把制氢、储氢、氢燃料电池堆的专利都藏了起来。十二三年前，丰田还死抱着“双擎”系统的行星齿轮不放，决心不与同行共享技术场景。

丰田著名的行星齿轮技术

因此，美国、欧洲和美国……中国都忽略了氢能的路线，不约而同地选择了纯电。至于那些同样致力于混动的车企，比如中国的比亚迪，日本的本田，都是被迫花巨资寻找自己的出路。最后，性能优异的DM-i和iMMD是对“守财奴”最有力的回答。

“17寸大屏，触觉反馈轭方向盘，换挡到屏幕，后座小屏幕很可爱，X的后座更舒服，整体操作速度真的很快。整个7月，关于车用固态锂离子动力电池的新闻层出不穷。

首先，本月7日，《日本经济新闻》与东京研究公司Patent Result合作，完成了一份关于全固态动力电池的全球调查报告。基于企业间对相关专利的掌握情况，报告认为日本企业处于全面领先地位，前十名中，日本企业占据多达6项，第一名丰田持有1331项(第二名松下持有445项)。

当日经中文网微博微信官方账号首次发布这篇报道时，国内舆论有些不解:就在被迫放弃氢能，转而使用纯电的时候，似乎在车用新能源领域吃了大亏的日本企业，已经在不知不觉中悄然布局，远远跑在前面等着大家了？

蜂巢能源展示的固态电池样品——仍处于实验室阶段

紧接着，19日，蜂巢能源全固态电池实验室研制出国内首批20Ah硫化锂全固态原型电池。蜂巢官方公布的数据显示，该系列电池能量密度达到350-400Wh/kg，并顺利通过了针刺、200°C热箱等实验。

企业非常乐观，一旦产品量产应用，现有纯电动汽车无需进一步增加电池组即可实现1000公里以上的续驶里程。

蜂巢能源的正式宣布，其实是受到了上个月25日重庆车展期间，当代Amperex科技有限公司董事长曾玉群宣布硫化锂固态电池已经完成的刺激。

至于第三条新闻，则是发生在上周五(22日)的一场悲剧——许多70后、80后的偶像，前省偶像歌手，被戏称为“冻龄青年”，如今的职业赛车手“亚洲旋风”林志颖，在带着年幼的儿子驾车时，突然发生车祸。

林志颖自己驾驶的特斯拉2021 Model X在撞到路中间的分流岛后起火，烧毁了整辆车。

值得注意的是，作为当今最强大的量产纯电动汽车，特斯拉Model X配备了高能量密度的三元锂电池，但其安全性一直饱受诟病。

上述消息相互映衬之后，无疑已经反映了纯电动汽车接下来的发展趋势——为了追求更好的安全性和更高的性能，动力电池固态化已经成为一种趋势。

固态的巨大价值

所谓“固态”，其实是指用固体物质代替锂电池的电解液。

总的来说，我们以技术路线来划分，主要分为硫化锂、高温聚合物、氧化锂三大类。

日本公司，如丰田和松下，加上最近在中国成功开发的蜂巢能源和当代安培科技有限公司，都走硫化物路线。Bollore集团和国内电池巨头比亚迪主要致力于聚合物路线的探索。至于氧化物路线，英国伊利卡公司在这一领域已经深耕多年。

改用固体电解质后，锂离子动力电池的性能和安全性将大大提高。要解释这个问题，我们需要了解锂电池的工作原理。

众所周知，锂离子电池是典型的“摇椅电池”。

充电时，正极上的锂原子……e失去电子，被氧化成锂离子(脱嵌)，然后在电解液中移动并跑到负极，与流经外接电源的电子结合，然后被还原成锂原子，嵌在负极碳层的微孔中。

放电时是一个逆向过程——嵌入碳层负极的锂原子失去电子，被氧化成锂离子，返回电解液，移动到正极，与流过负载的电子结合，再次还原成锂原子(嵌入)。

在充放电过程中，锂以离子状态从正极脱嵌到负极，像摇椅一样，来回摇摆。

电解液是电池中不可缺少的物质，通常，它是液体。那么，用一种同样可以导电的固体来代替呢？这将在两个主要方向上带来许多优势。首先，能量密度大大提高。

在现有的常规锂电池中，正极材料的选择往往受到限制，在整个生产中无法选择电压较高的材料，而是限制在4.45V V的范围内，由于电压过高，可能会导致钴酸锂电解液氧化，正极表面发生不可逆的相变。

使用电解液的圆柱形锂电池芯结构

如果是固体电解质，可以使用高压正负极材料来提高电池的能量密度，例如提高到5V甚至更高，所以电池的极限能量密度也提高了。

负极材料也是同样的问题。随着固体材料的替代，锂甚至可以用作电池的负极材料。与现有最好的三元锂电池相比，硫化物正极材料对应的电池理论能量密度至少可以提高一倍。

当然，固化对能量密度的提高不仅仅体现在化学性质的高低上。

因为电芯中不再含有高活性的含锂液体电解液，所以即使正负极隔膜被刺破，也不会因为电解液渗入两极而很快发生短路。所以电芯的外壳其实可以选择更轻的材料。从而降低了电芯的质量，并显著提高了整个电池组的能量密度。

用固体电解质代替电解质后，电池的形状也可以从卷绕的圆柱形变成扁平的矩形。

除了能量密度的进一步提升，高安全性无疑是固态电池的另一大优势。其重要性甚至可能超过前者。

如上所述，正如蜂巢能源对自产固态电池的测试结果——当电池芯意外断裂时，困扰锂离子动力电池很久的“短路-发热-爆燃”的连锁反应就更蠢了。在现有的实验室测试中，所有样品都通过了严格的挤压、加热和针刺测试。而且在上述测试过程中，也没有看到短路和由此产生的爆燃问题。

此外，固态电池在过充后不会像液态电池那样释放锂枝晶，因此不存在刺破正负极绝缘膜造成短路的风险。

比亚迪的固态电池组方案比柱状电池更紧凑。

最后，由于电池中的固体电解质不挥发，不易燃烧，可以有效避免液体电池在拆卸时的渗漏问题，不仅环保，而且有利于回收利用。

必然的前景和未知的过程

当然，上面已经解释了固态电池的所有好处，但是我们也不能忽视它们目前面临的问题。这些细节，很多企业在鼓舞人心的公告中很少提及。

首先也是最重要的，毫无疑问，固态和液态相比，存在着各种各样的“原罪”。

正是因为电解质被改变了……到固态，其电导率自然低于液态电解质，由此产生的高界面阻抗必然影响锂离子在界面间的正常穿越。

与液体电解质相比，固体材料一旦与正负极附着不良，必然导致电池界面相容性差。这种不匹配是不可避免的——在电池的充放电过程中，电池内部会随着活性物质的性变化而膨胀收缩4%左右。在这种情况下，界面分离不可避免。

几种全固态电池的基本结构都是合适的。通过改进结构可以缓解膨胀问题。

目前固态电池发展的三个主要方向:聚合物、氧化物、硫化物，都各有利弊。能否从实验室走向工厂还有一个关键——工艺问题。以蜂巢能源公布的硫化物路线为例。虽然我们还不知道其固体电解质的详细情况，但如果和日本企业类似，硫化物电解质的处理加工显然也需要依靠惰性气体环境。

这意味着它无法利用现有的液体电池生产线转产。使用新技术建立全新的生产线也意味着大量投资和现有系统的彻底改造。这代表了现阶段动力电池行业巨大的沉没成本。

说明固态电池的巨大优势，那么我们再回到日经的相关报道。

根据《日经新闻》和《专利结果》共同完成的报告，毫无疑问，当今日本的丰田在技术上具有最大的优势。毕竟，它以1331项专利击败了排名第二的松下。后者的445项专利仅占前者的39.3%。

图像源看到水印

其实纵观整个榜单，前十名的公司其实都是日系(6家)和韩系(4家)。很难不想到另一份关于纯电动汽车专利竞争力的日经榜单。

在那份2021年的榜单中，它位列第一和第二，分别是拥有8363项专利的丰田和拥有6564项专利的福特。排名第三和第四的本田(3849项)和通用(3283项)也与第一名拉开了距离。

但榜单是一回事，现实世界的新能源汽车产销数字又是另一回事。毕竟，2021年交付93.6万辆纯电动汽车的特斯拉排名第八，只有1741项专利。至于第二名，全年交付58.4万辆新能源汽车(包括纯电动汽车和混合动力汽车)的比亚迪，竟然没有出现在总共20辆的名单中。

正因如此，日本媒体还靠文字游戏来“助推野心”，其实是很没有必要的。

对于这两份报告中列出的专利数字，笔者无法查到实用新型专利和外观设计专利的比例，甚至连统计数据本身都无法考证。好的一面是，除了大量的设计专利，日本企业很可能会对所有在企业实验室完成的技术实际申请专利。

但这意味着一个新的问题。专利的本质是公开自己的方案，通过相关法律获得保护。但这也意味着，在世界所有竞争对手面前，提前亮出底牌。而且由于日本企业目前还没有与世界各地的商业对手进行广泛的技术沟通和交流，所以这一举动可以简单地视为提前布局专利壁垒。

放眼全球，全球新能源汽车的主要市场无非是中国、美国和欧洲。除了美国和欧洲，中国也发展了更有竞争力的OEM。日本企业的这种操作，与其说是用专利困住对手，不如说是提前把自己圈进了墙里。

既然日本一直在赢号，而历史经验告诉我们，这是一群无视市场形势和自身现状的“铁公鸡”，那么行业内其他玩家走他们圈出的技术路线显然是最明智的选择。

作为……结果，昨天过去的历史仿佛重现。

15年前，日本轻率布局氢能，把制氢、储氢、氢燃料电池堆的专利都藏了起来。十二三年前，丰田还死抱着“双擎”系统的行星齿轮不放，决心不与同行共享技术场景。

丰田著名的行星齿轮技术

结果美国、欧洲、中国都无视氢能的路线，不约而同地选择了纯电。至于那些同样致力于混动的车企，比如中国的比亚迪，日本的本田，都是被迫花巨资寻找自己的出路。最后，性能优异的DM-i和iMMD是对“守财奴”最有力的回答。

“17寸大屏，触觉反馈轭方向盘，换挡到屏幕，后座小屏幕很可爱，X的后座更舒服，整体操作速度真的很快。”

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2021年初，当林志颖满心欢喜地拿到最新的三电机版ModelX时，他万万没想到，一年多后，他和小儿子也要遭受这种命运。

上周五(22日)上午，在桃园市正北路上，林志颖驾驶着他曾经备受期待的“1020马力，0-100 km 2.1秒加速”的性能怪兽，发生了危险。

在没有任何征兆的情况下，行驶中的车辆突然向一侧倾斜，撞上了路中间的隔离带。

从后来流出的监控视频中清晰地了解到惊心动魄的一幕:

撞击后仅36秒，曾经作为豪华纯电动车代表的Model X就开始喷出浓烟，燃起熊熊大火。

幸运的是，就在汽车爆炸前六秒钟，被撞昏并被困在车内的林志颖和他的儿子被一群前来营救的路人从残骸中拖了出来。被称为“冰封时代”的亚洲旋风男孩和他年幼的儿子在这场悲剧中受了轻伤。

1

整个车头都烧成了灰烬。

“起火原因暂时无法确认。紧急情况下，驾驶员和副驾驶都有机械开门装置，停电时可以强行解锁车门，后排乘客可以通过后备箱逃生。”

特斯拉的客服在回答记者对此事件的询问时是这样说的。同时也强调了特斯拉(汽车)驾驶座附近没有易燃物。

然而，这不是真的，因为就在驾驶座的下方，甚至是整个乘客舱的正下方，为这个2.45吨的庞然大物的1020马力浪涌提供能量的100kWh电池组就在这里。

2

Model X的“坚固”底盘，100度电池组占了一半以上的重量。

撞击隔离岛的巨大动能瞬间将整个车头劈开，打碎了电包脆弱的外壳。泄漏的电解液在极短的时间内造成了短路，释放了大量的热能，最后引燃了整个前体。

我无法想象如果这次事故发生在人迹罕至的地方，这对父子在车上会有什么可怕的命运。

无论是基于安全性，还是为了追求更好的车辆性能，都是时候认真考虑和规划固态电池的商业应用了。"

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2021年初，当林志颖满心欢喜地拿到最新的三电机版ModelX时，他万万没想到，一年多后，他和小儿子也要遭受这种命运。

上周五(22日)上午，在桃园市正北路上，林志颖驾驶着他曾经备受期待的“1020马力，0-100 km 2.1秒加速”的性能怪兽，发生了危险。

在没有任何征兆的情况下，行驶中的车辆突然向一侧倾斜，撞上了路中间的隔离带。

从后来流出的监控视频中清晰地了解到惊心动魄的一幕:

撞击后仅36秒，曾经的豪华纯电动车代表Model X，b……喷出浓烟并点燃熊熊大火。

幸运的是，就在汽车爆炸前六秒钟，被撞昏并被困在车内的林志颖和他的儿子被一群前来营救的路人从残骸中拖了出来。被称为“冰封时代”的亚洲旋风男孩和他年幼的儿子在这场悲剧中受了轻伤。

1

整个车头都烧成了灰烬。

“起火原因暂时无法确认。紧急情况下，驾驶员和副驾驶都有机械开门装置，停电时可以强行解锁车门，后排乘客可以通过后备箱逃生。”

特斯拉的客服在回答记者对此事件的询问时是这样说的。同时也强调了特斯拉(汽车)驾驶座附近没有易燃物。

然而，这不是真的，因为就在驾驶座的下方，甚至是整个乘客舱的正下方，为这个2.45吨的庞然大物的1020马力浪涌提供能量的100kWh电池组就在这里。

2

Model X的“坚固”底盘，100度电池组占了一半以上的重量。

撞击隔离岛的巨大动能瞬间将整个车头劈开，打碎了电包脆弱的外壳。泄漏的电解液在极短的时间内造成了短路，释放了大量的热能，最后引燃了整个前体。

我无法想象如果这次事故发生在人迹罕至的地方，这对父子在车上会有什么可怕的命运。

无论是基于安全性，还是为了追求更好的车辆性能，都是时候认真考虑和规划固态电池的商业应用了。

标签：丰田特斯拉比亚迪Model X本田

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