普通的鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜組成。鋰離子在正負(fù)極之間來回奔跑，完成充放電的過程。有了電解質(zhì)，鋰離子才能奔跑。正負(fù)極之間用陶瓷或者其他聚合物制成的隔膜隔開，電池的正負(fù)極因此防止了直接接觸。

安全隱患就在這個隔膜上。一旦高壓、過熱，隔膜很容易被穿破，導(dǎo)致正負(fù)極接觸，造成內(nèi)部短路。據(jù)《科技日報》報道，三星為了提升電池的能量密度、延長續(xù)航能力，采用了更薄的隔膜材料，所以才會事故頻出。

想想看，一輛特斯拉要使用7000多節(jié)18650型號鋰離子電池，只要其中一節(jié)出了問題

只有一個改變才可以徹底解決問題把液體的電解質(zhì)換成固體的。

固態(tài)電解質(zhì)能讓電池正負(fù)極永不接觸。即使發(fā)生過熱情況，固態(tài)電解質(zhì)只是熔化成絕緣體，溫度下降后又能恢復(fù)成固體，不會分解出氣體和多余的熱量。

假如一個鋰離子電池，換成固態(tài)電解質(zhì)，它就叫做固態(tài)電池。

人類在固態(tài)電池上探索的道路至今已經(jīng)有六十多年。最先生產(chǎn)出來的固態(tài)電池，不是那種厚厚的、或者圓圓的，而是像一層薄膜相同。

第一個報道產(chǎn)出固態(tài)電池的是日本人。1982年，日本Hitachi公司首先聲明自己產(chǎn)出了厚度小于10μm的固態(tài)電池，是一層薄膜。但這塊電池的功率太低，無法驅(qū)動任何電子設(shè)備。

薄膜電池現(xiàn)在有更成熟的產(chǎn)品了。2008年，美國的InfinitePowerSolutions（IPS）公司推出了一種全固態(tài)薄膜電池。它只有一個指甲蓋大小、兩張紙厚，15分鐘就能充到90%的電量，可充放電10萬次，使用至少15年。由于是全固態(tài)，這種薄膜電池可以隨意彎折，在-40℃到85℃溫度范圍、甚至水下一千多米都能安全使用。

2015年，InfinitePowerSolutions公司被蘋果收購，開始研究用于可穿戴設(shè)備上的固態(tài)電池。可以想象，假如蘋果手表用上固態(tài)電池，就能解決續(xù)航時間以及體積問題了。

這種薄膜形狀的固態(tài)電池，在微型電子器件市場上應(yīng)用廣泛。世界范圍內(nèi)，有十幾家公司擁有薄膜電池的專利，除了上面提到的兩家，還有法國Bellcore、美國Cymbet、臺灣輝能科技、俄羅斯的GSNanotech等。

但薄膜電池生產(chǎn)成本實在太高。它要利用一種叫做氣相沉積的技術(shù)，所用設(shè)備動輒上百萬。假如將薄膜電池用到手機(jī)上，一臺蘋果能賣到100多萬。

另外，因為電極是薄膜，薄膜電池能儲存的能量很少，別說電動汽車了，手機(jī)要的電力都供不上。

更多人把目光投向了大容量的非薄膜型固態(tài)電池。但非薄膜型的電池，目前技術(shù)還不是很靠譜。

瓶頸重要有兩個：一是固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率太低，也就是鋰離子在固態(tài)中奔跑得慢，而電池是靠鋰離子在正負(fù)極間奔跑來實現(xiàn)充放電的，所以這意味著電池充放電慢。二是固電解質(zhì)和電極接觸得沒有液態(tài)和電極接觸好，導(dǎo)致界面電阻太高，這會顯著降低電池性能。

在非薄膜型的電池里面，有三種材料可作為電解質(zhì)：聚合物，硫化物，氧化物。有不少公司說自己在做以聚合物為電解質(zhì)的電池，但他們做的其實不是聚合物固態(tài)電池，而是凝膠電解質(zhì)，如Sony和三星。凝膠的狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間，其實根本沒有解決安全性的問題，凝膠電池的能量密度也難以提高。所以三星后來索性放棄了凝膠電解質(zhì)。

其它絕大部分廠商，包括我國新能源科技（ATL），只是在隔膜上涂一層聚合物將隔膜與正負(fù)極粘接在一起。話說，ATL是全球最大的聚合物電池供應(yīng)商，為三星、蘋果、華為、OPPO等公司供貨。

什么時候固態(tài)電池才能夠進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化？

大部分業(yè)界的人挺樂觀。《日經(jīng)技術(shù)》認(rèn)為，預(yù)計3年內(nèi)能出現(xiàn)性能為現(xiàn)有鋰離子電池2倍多的產(chǎn)品。2013年，美國能源存儲聯(lián)合研究中心（JCESR）則說，5年內(nèi)（2018年）開發(fā)出（相比普通鋰離子電池）能量密度達(dá)到5倍、價格降至1/5的蓄電池。

但科研領(lǐng)域的學(xué)者們都偏保守他們認(rèn)為畢竟研究出產(chǎn)品跟能形成產(chǎn)業(yè)是兩碼事。2016年上半年，科學(xué)院物理研究所研究員李泓博士說：至少要到2020年，中科院物理研究所出產(chǎn)的固態(tài)電池可能試水到商業(yè)化的程度，而真正的全固態(tài)可能要更長時間。

雖然工業(yè)上不可能實現(xiàn)液態(tài)到固態(tài)的飛越，但這不代表產(chǎn)業(yè)界在固態(tài)電池領(lǐng)域無計可施。峰瑞資本投資人朱祎舟說，我們可以尋找液態(tài)到固態(tài)的過渡方法。例如，從麻省理工孵化出來的鋰離子電池公司SolidEnergySystems的電解質(zhì)，就是既有固態(tài)又有液態(tài)：先在金屬鋰電極上覆蓋一層固態(tài)電解質(zhì)薄膜，然后加入一種準(zhǔn)離子態(tài)阻燃液體。制成的電池跟傳統(tǒng)電池比體積縮小一半，還能供應(yīng)更多能量。

固態(tài)電池性能好，成本高，就先瞄準(zhǔn)對安全性、穩(wěn)定性需求高，又不計成本的行業(yè)。固態(tài)電池的制造過程跟傳統(tǒng)電池的不相同，就要充分利用傳統(tǒng)電池的生產(chǎn)設(shè)備，防止重建整條生產(chǎn)線，從而降低生產(chǎn)成本。朱祎舟說。

在大容量固態(tài)電池做產(chǎn)業(yè)化的這條路上，日本遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在全世界前列。豐田、日立造船都是固態(tài)電池界的領(lǐng)軍公司。2009年，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）啟動了210億日元計劃，舉國之力研究電池，希望能在2030年前開發(fā)出能量密度為現(xiàn)有水平5倍以上的可充電電池。從現(xiàn)在看來，這個時間可能被大大提前。

韓國也不落后，三星在日本也有個固態(tài)電池研究所早點研發(fā)出來三星就能換上固態(tài)電池了。

日韓之后，依次是歐洲、美國、我國。

法國已經(jīng)有電動汽車投入使用固態(tài)電池，但他們用的固態(tài)電池中間還是有隔膜的，不是真正意義上的全固態(tài)，而且目前尚無大規(guī)模應(yīng)用。美國人則只有技術(shù)，沒有可以量產(chǎn)的產(chǎn)品，這里有創(chuàng)業(yè)公司一大把，比如：Seeo,SolidEnergySystem,SolidPower,QuantumeScape等等等等。

我國人還處于研究階段，相關(guān)標(biāo)的有清陶能源、寧德時代新能源科技（CATL）、比亞迪、微宏動力等，研發(fā)進(jìn)度有快有慢。其中，清陶能源位于江蘇盱眙，由南策文院士團(tuán)隊組建。同時，南院士擁有我國第一個與全固態(tài)有關(guān)的專利。

我們盤點了四家開發(fā)固態(tài)電池的公司，其中法國的BatScap雖然有投入使用的產(chǎn)品，但不是真正意義上的全固態(tài)電池；其他公司目前還只有技術(shù)。

【BatScap】

BatScap是法國博羅雷（Bollore）的子公司，開發(fā)了可以在電動汽車上使用的固態(tài)電池。開發(fā)固態(tài)電池的BatScap是博羅雷在能源領(lǐng)域布局的一個關(guān)鍵。

BatScap做的是要加熱的聚合物固態(tài)電池。因為在常溫下聚合物的離子電導(dǎo)率太低，意味著鋰離子在電極間奔跑得慢，充放電也就慢。加熱后，聚合物的離子電導(dǎo)率才能提高。

2011年底開始，博羅雷利用自主開發(fā)的EVBluecar，在法國巴黎及郊外供應(yīng)汽車共享服務(wù)Autolib，即抵達(dá)目的地后交換車輛。這種汽車用的就是BatScap的固態(tài)電池，規(guī)格是30kWh。目前這種Bluecar已有近4000輛，有約900座服務(wù)站和4500臺充電器，每天利用次數(shù)1.8萬次。

然而，電池要加熱才能使用是難以大規(guī)模推廣的。電動汽車可以利用行駛中出現(xiàn)的熱量來維持60~80℃的使用溫度。但停車時，必須要利用電池組內(nèi)部的加熱器來維持溫度，每秒會消耗約200W的電力，跟一個電冰箱差不多。在停車過程中要一直連接充電器。有人做過估算，平均一年下來，停車時加熱器消耗的電力比行駛時所需的電力還多。

不過，據(jù)一名固態(tài)電池的技術(shù)人員透露，BatScap的聚合物固態(tài)電池其實中間也有一層隔膜，根本不是我們所說的全固態(tài)。

【SolidPower】

美國SolidPower成立于2012年，位于美國肯塔基州的路易斯維爾市，在科羅拉多科技中心擁有650多平方米的廠。創(chuàng)始團(tuán)隊有不少來自科羅拉多大學(xué)博爾德分校（UCB）的教授與副教授。這些教授背景都十分強(qiáng)，比如僅SeheeLee教授一人就有18項相關(guān)專利。

SolidPower拿政府的錢比較多，2013年獲美國能源部資助的346萬美元，科羅拉多州的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國際貿(mào)易部門（COEDIT）資助的25萬美元。2014年底又獲美國空軍資助290萬美元。

SolidPower固態(tài)電池的電池能量密度達(dá)到了600Wh/kg，是市面上電池容量的兩倍多。

【Sakti3】

Sakti3是一位來自美國密歇根大學(xué)的教授在2007年設(shè)立的風(fēng)險創(chuàng)業(yè)公司。Sakti在梵文中是力量的意思，3是鋰的原子序數(shù)，連起來就是鋰的力量。這家公司是用蒸鍍的方法制備無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，并且宣稱已能實現(xiàn)高效率量產(chǎn)。

值得一提的是，Sakti32015年獲得家電巨擘戴森公司1500萬美元融資，年底被戴森以9000萬美元收購。2016年九月，戴森宣布投資14億建立電池廠。

Sakti3宣布已制造出能量密度達(dá)550Wh/kg的電池，這一能量密度要比普通鋰離子電池的高大約50%，電池蓄電量是特斯拉現(xiàn)在使用的鋰離子電池的兩倍。Sakti3對媒體說，他們在其位于密歇根的小型試驗場已制造出這種固態(tài)電池的原型，預(yù)計在兩三年內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化。

然而，業(yè)內(nèi)針對Sakti3的聲音真不少。不少科研人士都認(rèn)為：Sakti3沒有產(chǎn)品，只是在炒作固態(tài)電池概念。

2013年時，豐田宣布，計劃在2020年全面實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化，其能量將是鋰離子電池的三到四倍，并在接下來幾年使用鋰空氣電池。

許多日企都非常重視離子導(dǎo)電率。離子導(dǎo)電率高，意味著鋰離子在正負(fù)極間奔跑得快，充放電的速度就快。而硫化物電解質(zhì)在常溫下的離子導(dǎo)電率與液態(tài)電解質(zhì)相近，所以有許多日本公司在研究硫化物。豐田就是個代表。

根據(jù)豐田2014年公布的專利，他們研發(fā)的全固態(tài)電池，改善固態(tài)電解質(zhì)和電極接觸差的問題，用濕涂工藝來制備中間的電解質(zhì)，讓電解質(zhì)變得很薄，從而減小電池體積。同時豐田放大了電芯尺寸，將電池面積擴(kuò)大了50倍，容量提升了一千倍。