面對(duì)一群?jiǎn)适?，與其拳打腳踢，不如扔個(gè)Note7。噢，還有iphone7。

為何這些手機(jī)的鋰離子電池這么不安全?有沒(méi)有什么解決方法?讓鋰離子電池不爆炸的終極解決方法固態(tài)電池是什么?這種電池離我們還有多遠(yuǎn)?

除此之外，筆者還梳理了固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，盤(pán)點(diǎn)了四家固態(tài)電池公司。固態(tài)電池終將成為主流電池，這些公司正在路上。

三星不哭，蘋(píng)果也爆炸了。

美國(guó)科技博客BoyGeniusReport的一篇文章今天凌晨曬出，一部蘋(píng)果新iphone7似乎也發(fā)生了爆炸。昵稱為@kroopthesnoop的網(wǎng)友在Reddit論壇貼出的一張照片，他的黑色iphone7破損嚴(yán)重，屏幕開(kāi)裂，邊框有明顯燒焦的痕跡。

蘋(píng)果的股價(jià)周四開(kāi)盤(pán)應(yīng)聲下跌。

此前，三星Note7手機(jī)在全球已造成近40起爆炸事故。就在九月二十六日下午，又一部國(guó)行的Note7發(fā)生爆炸，這是在我國(guó)Note7的第四起爆炸事故了。

美國(guó)佛羅里達(dá)州用戶那桑多納切(NathanDornacher)使用的三星Note7爆炸，他之前在車內(nèi)給Note7充電。車的方向盤(pán)、儀表盤(pán)等已經(jīng)面目全非。

2016年九月二日下午，三星電子在韓國(guó)召開(kāi)新聞公布會(huì)，移動(dòng)部門(mén)總裁高東真對(duì)三星Note7電池爆炸事件進(jìn)行了公開(kāi)道歉，宣布因電池缺陷問(wèn)題，三星將停售Note7手機(jī)，并召回250萬(wàn)部Note7。

三星公司可能就此持續(xù)爆炸門(mén)損失近50億美金--作為貢獻(xiàn)韓國(guó)GDp超過(guò)五分之一的三星，這一次可真是驚動(dòng)了國(guó)本。

六天之后，美國(guó)聯(lián)邦特種管理局(FAA)發(fā)表聲明，強(qiáng)烈建議乘客在飛機(jī)內(nèi)關(guān)閉Note7電源，不要使用或進(jìn)行充電。接著，美國(guó)消費(fèi)品安全委員會(huì)(CpSC)又正式呼吁請(qǐng)消費(fèi)者停止使用Note7并關(guān)閉電源。多米諾骨牌效應(yīng)開(kāi)始，多國(guó)特種部門(mén)持續(xù)發(fā)出警示，提醒乘客停止使用Note7，這里面也包括我國(guó)民航。

網(wǎng)民把Note7裝扮成恐怖分子，說(shuō)Note7才是真正的炸彈。

據(jù)三星自己說(shuō)，Note7是手機(jī)鋰離子電池的電池芯出了問(wèn)題。因?yàn)橹圃旃に囀д`，電池的陰極和陽(yáng)極相接觸，導(dǎo)致電池芯過(guò)熱從而引發(fā)爆炸。

爆炸一次不可怕，持續(xù)爆炸才可怕。這不由得讓人想起同樣由于電池、持續(xù)起火的特斯拉。

2015年年末，特斯拉還忙著統(tǒng)計(jì)去年全球交付總量達(dá)到50，580輛的傲人成績(jī)的時(shí)候，一月一日挪威一輛ModelS充電時(shí)突然起火--所幸車內(nèi)無(wú)人。

由于特斯拉使用的動(dòng)力鋰電池是三元鋰離子電池，而三元鋰離子電池燃燒時(shí)不能直接用水或者二氧化碳撲滅，專用的銅粉水造價(jià)太高又不常見(jiàn)，所以當(dāng)時(shí)的挪威消防隊(duì)員只能用泡沫控制周邊火勢(shì)，直到這輛ModelS完全燒毀。

ModelS被燒毀畫(huà)面。

傳統(tǒng)鋰離子電池的安全性始終是一柄達(dá)摩克利斯之劍，懸在人們的心頭。

為何鋰離子電池容易爆炸?

我們先看一下鋰離子電池的解剖圖：

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(lái)回奔跑，完成充放電的過(guò)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(kāi)，電池的正負(fù)極因此防止了直接接觸。

安全隱患就在這個(gè)隔膜上。一旦高壓、過(guò)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)報(bào)道，三星為了提升電池的能量密度、延長(zhǎng)續(xù)航能力，采用了更薄的隔膜材料，所以才會(huì)事故頻出。

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

7000多節(jié)鋰離子電池節(jié)電池在特斯拉底盤(pán)緊密排布。

只有一個(gè)改變才可以徹底解決問(wèn)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(guò)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(huì)分解出氣體和多余的熱量。

假如一個(gè)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(lái)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(gè)報(bào)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(wú)法驅(qū)動(dòng)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(guó)的InfinitepowerSolutions(IpS)公司推出了一種全固態(tài)薄膜電池。它只有一個(gè)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(wàn)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(píng)果收購(gòu)，開(kāi)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(píng)果手表用上固態(tài)電池，就能解決續(xù)航時(shí)間以及體積問(wèn)題了。

這種薄膜形狀的固態(tài)電池，在微型電子器件市場(chǎng)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(guó)Bellcore、美國(guó)Cymbet、臺(tái)灣輝能科技、俄羅斯的GSNanotech等。

俄羅斯公司GSNanotech生產(chǎn)的柔性薄膜鋰離子電池。

但薄膜電池生產(chǎn)成本實(shí)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(dòng)輒上百萬(wàn)。假如將薄膜電池用到手機(jī)上，一臺(tái)蘋(píng)果能賣到100多萬(wàn)。

另外，因?yàn)殡姌O是薄膜，薄膜電池能儲(chǔ)存的能量很少，別說(shuō)電動(dòng)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(gè)：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(lái)實(shí)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(méi)有液態(tài)和電極接觸好，導(dǎo)致界面電阻太高，這會(huì)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(shuō)自己在做以聚合物為電解質(zhì)的電池，但他們做的其實(shí)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(shí)根本沒(méi)有解決安全性的問(wèn)題，凝膠電池的能量密度也難以提高。所以三星后來(lái)索性放棄了凝膠電解質(zhì)。

其它絕大部分廠商，包括我國(guó)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(shuō)，ATL是全球最大的聚合物電池供應(yīng)商，為三星、蘋(píng)果、華為、OppO等公司供貨。

什么時(shí)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)界的人樂(lè)觀的。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，預(yù)計(jì)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(guó)能源存儲(chǔ)聯(lián)合研究中心(JCESR)則說(shuō)，5年內(nèi)(2018年)開(kāi)發(fā)出(相比普通鋰離子電池)能量密度達(dá)到5倍、價(jià)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(shuō)：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(zhǎng)時(shí)間。

雖然工業(yè)上不可能實(shí)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(wú)計(jì)可施。峰瑞資本投資人朱祎舟對(duì)筆者說(shuō)，我們可以尋找液態(tài)到固態(tài)的過(guò)渡方法。例如，從麻省理工孵化出來(lái)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(duì)安全性、穩(wěn)定性需求高，又不計(jì)成本的行業(yè)。固態(tài)電池的制造過(guò)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(shuō)。

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(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)啟動(dòng)了210億日元計(jì)劃，舉國(guó)之力研究電池，希望能在2030年前開(kāi)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(lái)，這個(gè)時(shí)間可能被大大提前。

韓國(guó)也不落后，三星在日本也有個(gè)固態(tài)電池研究所--早點(diǎn)研發(fā)出來(lái)三星就能換上固態(tài)電池了。

日韓之后，依次是歐洲、美國(guó)、我國(guó)。

法國(guó)已經(jīng)有電動(dòng)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(wú)大規(guī)模應(yīng)用。美國(guó)人則只有技術(shù)，沒(méi)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。

我國(guó)人還處于研究階段，相關(guān)標(biāo)的有清陶能源、寧德時(shí)代新能源科技(CATL)、比亞迪、微宏動(dòng)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(duì)組建。同時(shí)，南院士擁有我國(guó)第一個(gè)與全固態(tài)有關(guān)的專利。

筆者盤(pán)點(diǎn)了四家開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的公司，其中法國(guó)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(guó)博羅雷(Bollore)的子公司，開(kāi)發(fā)了可以在電動(dòng)汽車上使用的固態(tài)電池。開(kāi)發(fā)固態(tài)電池的BatScap是博羅雷在能源領(lǐng)域布局的一個(gè)關(guān)鍵。

BatScap做的是要加熱的聚合物固態(tài)電池。因?yàn)樵诔叵戮酆衔锏碾x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(kāi)始，博羅雷利用自主開(kāi)發(fā)的EVBluecar，在法國(guó)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(tái)充電器，每天利用次數(shù)1.8萬(wàn)次。

法國(guó)的固態(tài)電池電動(dòng)汽車正在充電。

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

不過(guò)，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(shí)中間也有一層隔膜，根本不是我們所說(shuō)的全固態(tài)。

Solidpower

美國(guó)Solidpower成立于2012年，位于美國(guó)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(duì)有不少來(lái)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(xiàng)相關(guān)專利。

Solidpower拿政府的錢(qián)比較多，2013年獲美國(guó)能源部資助的346萬(wàn)美元，科羅拉多州的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)際貿(mào)易部門(mén)(COEDIT)資助的25萬(wàn)美元。2014年底又獲美國(guó)空軍資助290萬(wàn)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(lái)自美國(guó)密歇根大學(xué)的教授在2007年設(shè)立的風(fēng)險(xiǎn)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(lái)就是鋰的力量。這家公司是用蒸鍍的方法制備無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，并且宣稱已能實(shí)現(xiàn)高效率量產(chǎn)。

美國(guó)密歇根大學(xué)教授安瑪莉賽斯特里(AnnMarieSastry)是公司的CEO。

值得一提的是，Sakti32015年獲得家電巨擘戴森公司1500萬(wàn)美元融資，年底被戴森以9000萬(wàn)美元收購(gòu)。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(duì)媒體說(shuō)，他們?cè)谄湮挥诿苄男⌒驮囼?yàn)場(chǎng)已制造出這種固態(tài)電池的原型，預(yù)計(jì)在兩三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

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

豐田

2013年時(shí)，豐田宣布，計(jì)劃在2020年全面實(shí)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(lái)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(gè)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(wèn)題，用濕涂工藝來(lái)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(shí)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。

豐田在實(shí)驗(yàn)中將固態(tài)電池用在電動(dòng)小車上。

據(jù)蘋(píng)果一名技術(shù)人員向筆者透露，豐田固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化很可能不會(huì)使用上面說(shuō)的材料，他們公布這項(xiàng)專利也許只是為了誤導(dǎo)產(chǎn)業(yè)界。