一個(gè)殘酷事實(shí)就是，當(dāng)前無(wú)論是從最基礎(chǔ)的材料到反應(yīng)界面，再到電池的理論研究和實(shí)驗(yàn)，以及更遠(yuǎn)處的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化以應(yīng)用，都還沒(méi)有從根本上解決一些基礎(chǔ)難題。

固態(tài)電池的研究始于上個(gè)世紀(jì)八十年代，相關(guān)技術(shù)從不成熟走向成熟，從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，從工廠走向終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用和普及，動(dòng)輒十幾年甚至幾十年已經(jīng)過(guò)去了，注定這條路是漫長(zhǎng)而艱苦的。

歷史上，在實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)出的很大比例的新技術(shù)，真正成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的只屬于少數(shù)。

一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用，首先要在實(shí)驗(yàn)室中搞清楚其基本機(jī)理，繼而確定可以用來(lái)放大工業(yè)化的技術(shù)路線，最后經(jīng)過(guò)中試穩(wěn)定過(guò)后實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。而大多數(shù)時(shí)候，一項(xiàng)新技術(shù)得以工業(yè)化的最基本前提就是“簡(jiǎn)單粗暴”，只有這樣才能“易于理解”，只有易于理解才能最終落實(shí)給生產(chǎn)線上的作業(yè)人員，以標(biāo)準(zhǔn)化的工序放大生產(chǎn)。同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在每一個(gè)環(huán)節(jié)中精益求精地改進(jìn)，每一個(gè)細(xì)節(jié)都實(shí)現(xiàn)可控化，最終大規(guī)模生產(chǎn)出足夠一致性和穩(wěn)定性的產(chǎn)品。

而這期間，上游產(chǎn)業(yè)鏈如原材料、生產(chǎn)設(shè)備的配合更是必不可少。

這樣看來(lái)，固態(tài)電池還處于第一個(gè)階段，即還處于在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行最基本的機(jī)理研究，解決一些基本問(wèn)題的階段。

固態(tài)電池要想成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，甚至作為動(dòng)力電池被大規(guī)模應(yīng)用上車，至少需要翻越四座大山，而這幾座大山以目前技術(shù)水平來(lái)看，跨過(guò)的難度都是極大的。

第一座大山就是要不要用金屬鋰作為負(fù)極?

這個(gè)答案幾乎是毋庸置疑的。因?yàn)槿绻挥媒饘黉囏?fù)極的話，那么固態(tài)電池的實(shí)現(xiàn)將沒(méi)有任何意義。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院物理研究所李泓老師的研究，如果使用現(xiàn)有的正負(fù)極材料，由于固態(tài)電解質(zhì)的真實(shí)密度顯著高于液態(tài)電解質(zhì)，為了獲得較低的接觸電阻，固態(tài)電解質(zhì)體積占比一般會(huì)顯著高于液態(tài)電解質(zhì)電池，因此固態(tài)電池的能量密度必然低于液態(tài)電解質(zhì)電池，而不是如新聞中宣稱的會(huì)數(shù)倍于鋰離子電池。

這說(shuō)明如果不改變現(xiàn)有正負(fù)極體系，不用鋰金屬作為負(fù)極，只是單純把液態(tài)電解質(zhì)更換為固態(tài)電解質(zhì)，是無(wú)法從根本上提升固態(tài)電池的能量密度的。因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)的使用，在提升能量密度上來(lái)說(shuō)不僅相對(duì)于現(xiàn)有的三元正極+液態(tài)電解質(zhì)+硅碳負(fù)極改變不大，甚至還拖了后腿。

負(fù)極如果使用了金屬鋰，不僅因?yàn)槟軌蛱峁└嗟匿囯x子而大幅提升整個(gè)電芯的能量密度，還能有效解決液態(tài)電解質(zhì)中存在的鋰枝晶穿刺隔膜，高溫下與液態(tài)電解質(zhì)發(fā)生持續(xù)副反應(yīng)、鋰的生長(zhǎng)和析出導(dǎo)致的界面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

所以說(shuō)，采用鋰金屬作為負(fù)極材料是勢(shì)在必行。那么你以為就是單純的采用這么簡(jiǎn)單了?

用一個(gè)業(yè)內(nèi)朋友的話講，制造金屬鋰負(fù)極材料的工藝要求，高到變態(tài)。因?yàn)樾枰惐刃酒圃斓某瑑糗囬g，所以需要全程在手套箱中進(jìn)行。現(xiàn)實(shí)在實(shí)驗(yàn)室中，加工一小片試驗(yàn)用的鋰金屬片，往往一個(gè)研究人員在手套箱中操作即可，但你能想象一旦要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，在一個(gè)類似手套箱的車間中，幾十米長(zhǎng)的鋰金屬片像現(xiàn)在涂在銅箔上的石墨那樣運(yùn)行嗎?

除了高到難以想象的大規(guī)模制造難度以外，更大的問(wèn)題還在于制作過(guò)程的安全性。這一點(diǎn)，我們拿當(dāng)前各大電池廠都在重點(diǎn)發(fā)展的補(bǔ)鋰工藝作為參照說(shuō)明一下問(wèn)題。

為了補(bǔ)充鋰電池負(fù)極在首次充電過(guò)程中不可逆的容量損失(鋰離子數(shù)量變少)，電池廠希望通過(guò)補(bǔ)鋰設(shè)備直接向負(fù)極極片噴涂金屬鋰粉或鋰箔的方式進(jìn)行補(bǔ)鋰，以此達(dá)到提升首次庫(kù)倫效率和電池容量的目的。

聽著很簡(jiǎn)單，實(shí)際操作起來(lái)卻極難。作為補(bǔ)鋰原料的金屬鋰是高反應(yīng)活性的堿金屬，屬于非常危險(xiǎn)的物品，鬧不好就會(huì)著火和爆炸。而從補(bǔ)鋰方式說(shuō)，撒鋰粉面臨的問(wèn)題是鋰粉比表面積很大，容易飄，有被人體吸入的風(fēng)險(xiǎn);壓鋰帶的難題是又壓不了那么薄，會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)鋰過(guò)量，長(zhǎng)期使用存在安全隱患。

除了生產(chǎn)和使用過(guò)程危險(xiǎn)，補(bǔ)鋰設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用高以外，由于金屬鋰能夠與水劇烈反應(yīng)，所以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求相當(dāng)之苛刻，這就需要對(duì)生產(chǎn)車間和生產(chǎn)線進(jìn)行改造。所以當(dāng)前，沒(méi)有足夠經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)能力的電池廠輕易不敢碰補(bǔ)鋰工藝。

有朋友向筆者透露過(guò)一個(gè)消息，即便是寧德時(shí)代，依然曾經(jīng)在嘗試補(bǔ)鋰的小試中出了事故。

說(shuō)了這么多，只是想說(shuō)明一個(gè)道理：對(duì)于直接采用金屬鋰作為負(fù)極的方式來(lái)說(shuō)，補(bǔ)鋰工藝只能算是一個(gè)小case，只能算是金屬鋰負(fù)極材料的工藝技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的折中方案和必經(jīng)步驟而已，真正要規(guī)模制造和使用鋰金屬負(fù)極材料，難度要比補(bǔ)鋰大太多太多。

這里插播一條小故事，實(shí)際上早在上個(gè)世紀(jì)60年代，國(guó)外就已經(jīng)開始金屬鋰作為負(fù)極材料的研究。80年代，美國(guó)一家鋰電池新星EoneMoli冉冉升起，其獨(dú)家技術(shù)正是采用金屬鋰負(fù)極。時(shí)年最火的時(shí)候，意圖布局電動(dòng)汽車的福特公司都想投資這家公司并采用其鋰電池作為汽車動(dòng)力。之后Moli被日本的NEC和三井公司收購(gòu)并制造了5萬(wàn)塊手機(jī)電池，不料一年半之后這批電池大量失效，出現(xiàn)了嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。

此事造成了三大影響，一是日本公司當(dāng)時(shí)決定永久放棄金屬鋰電池技術(shù)路線;二是當(dāng)時(shí)給Moli公司做技術(shù)顧問(wèn)的鋰電大牛杰夫·達(dá)恩也徹底放棄金屬鋰體系;三是Moli公司被賤賣給一家臺(tái)灣企業(yè)，至今只混在消費(fèi)級(jí)電池領(lǐng)域(戴森的產(chǎn)品用的就是這家的電池)。

最后，金屬鋰作為負(fù)極材料的極大難度還表現(xiàn)在，到目前為止還都沒(méi)突破400次循環(huán)，離車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)還差得很遠(yuǎn)。