固態(tài)電池這個(gè)話題已經(jīng)持續(xù)關(guān)注了很多年。中日韓的企業(yè)從十多年前就開(kāi)始在這上面布局研究，到現(xiàn)在還是沒(méi)有哪家把全固態(tài)電池做到真正的大規(guī)模量產(chǎn)階段。豐田在2010年前后啟動(dòng)了相關(guān)項(xiàng)目，主要圍繞硫化物電解質(zhì)開(kāi)展工作，陸續(xù)申請(qǐng)了不少專利，還和幾家材料供應(yīng)商合作建立了試點(diǎn)生產(chǎn)設(shè)施，試圖把實(shí)驗(yàn)室里的東西推向?qū)嶋H制造。韓國(guó)幾家電池企業(yè)比如三星SDI也投入進(jìn)去，開(kāi)發(fā)類似的技術(shù)路線，LG和SK On同樣在并行推進(jìn)幾種材料方案，但量產(chǎn)的門(mén)檻一直沒(méi)跨過(guò)去。中國(guó)這邊企業(yè)包括寧德時(shí)代和比亞迪動(dòng)作很快，他們不局限于單一路徑，同時(shí)布局氧化物、硫化物和聚合物類型，還先把半固態(tài)或者凝固態(tài)的產(chǎn)品推上生產(chǎn)線，在實(shí)際車輛上測(cè)試積累數(shù)據(jù)。

問(wèn)題的根源在于把傳統(tǒng)鋰電池里的液態(tài)電解質(zhì)換成固態(tài)材料這個(gè)根本改變。液態(tài)電解質(zhì)能流動(dòng)起來(lái)，很好地浸潤(rùn)正負(fù)極表面，讓鋰離子來(lái)回移動(dòng)順暢無(wú)阻。換成固態(tài)后，一切都變成了固體接觸。正極、負(fù)極和電解質(zhì)層相互疊加，但固體之間沒(méi)法像液體那樣填補(bǔ)微小空隙，接觸面實(shí)際上只有很少的點(diǎn)真正貼合。這就造成了離子傳輸?shù)淖枇ψ兇?，電池整體效率受到影響。在反復(fù)充放電過(guò)程中，電極材料會(huì)發(fā)生體積膨脹和收縮，這種變化會(huì)把原本就不完美的接觸點(diǎn)拉開(kāi)或者擠壓變形，進(jìn)一步增加阻抗。另一個(gè)常見(jiàn)現(xiàn)象是鋰離子在沉積時(shí)如果分布不均勻，就會(huì)形成枝狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)逐漸增長(zhǎng)，有可能穿透電解質(zhì)層造成電池內(nèi)部短路。研究過(guò)程中，各企業(yè)通過(guò)反復(fù)的循環(huán)測(cè)試都遇到了這些界面相關(guān)的問(wèn)題，需要不斷調(diào)整材料配比和加工壓力來(lái)緩解，但效果有限。

除了界面接觸，固態(tài)電解質(zhì)材料的選擇也帶來(lái)一系列實(shí)際困難。目前主要的技術(shù)路線分成幾類，每類都有自己的局限。硫化物類型在離子導(dǎo)電性能上表現(xiàn)突出，但材料本身對(duì)空氣和水分非常敏感，生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán)格控制環(huán)境，否則容易發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)，影響電池壽命和安全。這類材料的加工成本也較高，需要特殊設(shè)備和工藝。氧化物類型相對(duì)穩(wěn)定，安全性好一些，但離子移動(dòng)速度較慢，需要更高的溫度或者特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提升性能。聚合物類型加工起來(lái)比較方便，能做成柔性薄膜，但室溫下的導(dǎo)電能力較弱，限制了實(shí)際使用場(chǎng)景。這些不同路線的優(yōu)缺點(diǎn)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中被反復(fù)驗(yàn)證，企業(yè)花費(fèi)大量時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)試各種組合，希望找到平衡點(diǎn)。

日本企業(yè)在這一領(lǐng)域起步較早，豐田集中資源在硫化物路線上深耕，通過(guò)與國(guó)內(nèi)材料企業(yè)合作推進(jìn)電解質(zhì)的規(guī)模制備。他們建立了專用設(shè)施來(lái)驗(yàn)證從原料混合到薄膜成型的整個(gè)流程，還在專利布局上積累了優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)企業(yè)則采取了比較均衡的策略，幾家主要公司同時(shí)探索氧化物和硫化物，目標(biāo)是把固態(tài)電池應(yīng)用到電動(dòng)車以外的領(lǐng)域如機(jī)器人設(shè)備上，逐步驗(yàn)證制造可靠性。中國(guó)企業(yè)因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈配套完整，從上游原料到下游組裝都有基礎(chǔ)，所以能在多個(gè)方向同時(shí)發(fā)力。他們不僅做全固態(tài)的研究，還把部分固體成分的電池先投入生產(chǎn)，通過(guò)這些產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)反向優(yōu)化全固態(tài)的設(shè)計(jì)。這種漸進(jìn)方式讓中國(guó)在電池相關(guān)技術(shù)應(yīng)用上保持了節(jié)奏，但要達(dá)到全固態(tài)的大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)，還是面臨同樣的材料和工藝瓶頸。

制造規(guī)模的擴(kuò)大是另一個(gè)關(guān)鍵障礙。在實(shí)驗(yàn)室里，小尺寸樣品可以通過(guò)精密設(shè)備壓實(shí)各層，控制好接觸。但到了工廠級(jí)別，要生產(chǎn)成千上萬(wàn)件一致性高的電池單元，就需要整套自動(dòng)化生產(chǎn)線確保每層厚度均勻、界面無(wú)缺陷、密封完好。任何一點(diǎn)雜質(zhì)或者壓力分布不均，都可能在后期使用中放大成故障。企業(yè)為此投入資源建設(shè)了試產(chǎn)線，反復(fù)調(diào)試設(shè)備參數(shù)，檢查成品的電化學(xué)性能。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，放大生產(chǎn)后良率控制和成本下降都比預(yù)期困難。固態(tài)電池的組裝往往需要在干燥或者惰性氣氛下進(jìn)行，這對(duì)工廠環(huán)境和設(shè)備維護(hù)提出了更高要求。各方在這些環(huán)節(jié)上持續(xù)改進(jìn)，但從試點(diǎn)到真正商業(yè)量級(jí)的跨越還沒(méi)有完成。