12月9日，一則「豐田汽車有望成為全球首家量產搭載固態電池汽車廠商」的重磅新聞轟動市場。
《日經新聞》報導，豐田目前正在開發的固態電池汽車，在同等條件下的續航裡程是採用傳統鋰離子電池的超過兩倍；而且充滿電只需要大約10分鐘，相比於傳統電動汽車縮減了至少三分之二。
不難看出，相對於傳統鋰電子電池，固態電池不僅意味著安全性的提升，充電時間和續航裡程也有提高。對整個汽車行業而言，如果固態電池電動車量產，那麼電動車行業都將迎來顛覆性轉變。
那麼固態電池到底是什麼？
什麼是固態電池？
動力電池可以算作電動車的「心臟」。
這次所提到的固態電池與傳統鋰離子電池最大的不同在於電解質。
傳統鋰離子電池主要由正負極材料、電解液和隔膜組成。正負極材料決定了電池的容量，電解液及隔膜作為傳輸鋰離子的介質。
固態電池則是使用固體電解質，替代了傳統鋰離子電池的電解液和隔膜。固態鋰電池之所以受歡迎，主要是各方面優勢突出：不僅安全性更好、起火風險大幅降低，能量密度也高於採取相同正負極材料的傳統鋰電池。
圖片來源：天風證券
從電介質材料來看，目前已經在使用或接近商用的固態電池的電解質有聚合物、硫化物和氧化物三種，氧化物固態電池是綜合前景最好的。
天風證券在今年8月的一份報告中表示，氧化物電解質的優勢是穩定性好，循環壽命長（可達 1000次以上），能量密度較高，倍率性能較好，同時成本較低；主要缺陷是界面接觸問題尚未完美解決。
相比之下，硫化物電解質工業化較難，與電極接觸時的界面阻抗普遍較高；聚合物電池在移動電源市場上已經做到了量產，但是充電倍率較差，能量密度較低。
固態電池安全性能突出
儘管如今動力電池有不同的技術路線，但是各有優缺點，令電動車製造商們最頭疼的問題之一就是電池起火。
目前動力電池的鋰電池主要分為兩個技術路線，磷酸鐵鋰和三元鋰電池。其中三元鋰電池又分為NCA鎳鈷鋁和NCM鎳鈷錳。雖然三元鋰電池能量密度高，但是電池安全隱患大。
天風證券在今年9月的研報中提到，鋰電池快充帶來的安全隱患，包括熱效應和析晶。
熱效應：大電流充電，內阻的增大會導致焦耳發熱效應加劇帶來副反應，如電解液的反應分解、產氣等一系列問題。
析晶：造成電池短路的危險。
相比之下，固態電池安全性能卓越，是鋰電池安全性的關鍵解決方案之一。
核心問題：續航裡程呢？
除了安全問題之外，如今阻礙許多消費者購買電動車的因素之一也包括裡程問題。只有解決了續航裡程和充電問題，新能源汽車的便利性才會大大提升。
電池續航裡程與一個重要的參數有關：能量密度。天風證券認為，目前固態電池在突破能量密度天花板上具有優勢，而且成組效率也更高；此外，固態電池也支持快充。
固態電解質體系因為減少了電解液和隔膜（換成了固態電解質），贛鋒採用同樣正負極的固態電池能量密度高於傳統電池。
而且固態電池可以採用能量密度更高的金屬鋰作為負極，從而進一步提升電池能量密度。贛鋒預計第三代固態電池可以將電芯能量密度提升到400WH/KG。
固態電池適合採用CTP刀片電池的布局，成組效率高於傳統鋰電池，成組階段還能再次提升能量密度。
這家比爾·蓋茨看好的公司更厲害？
近日除了豐田汽車的新聞之外，一家專注固態電池技術的初創企業QuantumScape公布了令人振奮的研發進展。
QuantumScape 12月8日在官網披露，其最新試驗結果顯示，該公司的技術解決了阻礙高能量密度固態電池廣泛採用的許多基本問題，包括充電時間、循環壽命、安全和運行溫度。
基於單層電池測試的結果顯示，該公司的固態電池只要15分鐘就能充電80%，比傳統電池或其他固態電池路線的速度更快。此外，數據還顯示，該技術適應的溫度範圍也極為廣泛，甚至在零下30攝氏度也能運行。
圖片來源：QuantumScape官網
該項成果也受到了鋰離子電池共同發明者、2019年諾貝爾化學獎得住Stan Whittingham的肯定。
Stan Whittingham表示，製造固態電池最難的部分是需要同時滿足高能量密度（1,000 Wh/L）、快速充電、長循環壽命和廣泛溫度範圍的要求。這次的數據顯示，QuantumScape的電池單元滿足所以這些要求，這是以前從未報導過的。
如果QuantumScape可以把這項技術投入量產，那麼它就有可能改變整個行業。
能量密度1,000 Wh/L是什麼概念？
據Cnbeta，按重量級，其能量密度相當於 380~500 Wh / kg。作為對比，曾有研究學者表示，特斯拉Model 3所使用的松下「2170」電池的能量密度在260 Wh/kg。
QuantumScape這家公司成立於2010年，今年11月通過SPAC殼公司上市。值得注意的是，這家公司獲得了許多大佬的支持，包括大眾汽車、比爾·蓋茨等等。
公司CEO Jagdeep Singh表示，如今的電池不具備競爭力，能量密度不足以獲得理想的續航裡程，同時充電速度也很慢。他舉例稱，傳統內燃機汽車加油只要5-10分鐘，但是如今最好的電池充電也要1小時。
這家初創公司的解決辦法就是像卡片一樣大小的固態電池。QuantumScape的設計不同之處在於，其固態電池有兩層，包括陰極和固態陶瓷隔板，沒有製造陽極。當電池充電時，鋰離子離開陰極，穿過陶瓷隔板，在陽極集成板上形成一層薄金屬層，形成陽極。
圖片來源：QuantumScape招股書
圖片來源：QuantumScape官網固態電池哪家強？
上文已經提到，目前固態電池的電解質主要有聚合物、硫化物和氧化物三種，全球不同地區的企業也偏向不同的體系。
天風證券指出，粗略來看，歐洲固態電池主要是聚合物體系，美國是固液混合，在亞洲中日韓主要是氧化物。
圖片來源：天風證券
法國的Bollore是聚合物固態電池。橫向比較來看，其循環性較好，但是能力密度較低，而且科研開支逐年遞減。
日本的豐田汽車則是採用硫化物路線，上遊就涉及到金屬和化學工業廠商。
此次日經的報導稱，三井金屬（Mitsui Kinzoku）將在埼玉縣建設一座試驗廠房，為這種電池生產固態電解質；日本石油公司出光興產（Idemitsu Kosan）也同樣在它位於千葉市的生產基地部署固態電解質生產設備。
國內方面，贛鋒鋰業、清陶能源走的是氧化物路線，寧德時代是硫化物路線。
其中，清陶能源的固態電池能量密度可達400Wh/kg以上，贛鋒鋰業固態電池的能量密度在240Wh/kg，寧德時代理論可達400Wh/kg。