作為全球最大的鋰電池買家，特斯拉理所當然地成了各類電池技術突破的見證者。
此前特斯拉就透露稱，經常會有各種電池樣品交到自己手上，特斯拉密切追蹤的電池研發項目更是有數百個之多，幾乎每個項目都是潛力股。
對電池研發者來說，維持好與特斯拉的關係也意味著自己潛心研發的技術更有可能受到市場青睞。
需要注意的是，任何電池技術的突破，要想從實驗室的科研論文變身為普及的市場應用，一般都需要 10-20 年時間。隨後，這項技術可能還要花 5-10 年時間不斷迭代走向成熟。
具體來說，負責概念、結構與電芯工作原理的研究人員只能為電池技術的突破打下基礎，後續的研發、測試與量產還是要整個行業來推動。
類似特斯拉和松下這樣的廠商，必須先從實驗室拿到授權，隨後投入巨資解決量產問題，箇中滋味，不足為外人道也。
1.鋰電池的工作原理
鋰電池由四個主要部件組成。
大家首先想到的肯定是正極（Cathode）和負極（Anode）了（注：這裡所說的正負極對應的是原電池的概念）。
其中正極材料主要是 NMC/LCA（三元材料）、LCO（鈷酸鋰）和 LFP（磷酸鐵鋰）等，而負極材料則是石墨和硅。
第三個部分則是正負極之間的隔膜（Separator），它由非常薄的塑料製作而成，可以防止正負極之間的電解液物理接觸。
除此之外，它還是電池的「防火牆」，如果出現過熱情況，就能阻斷反應，防止電池著火或爆炸。
第四部分就是電解液（Electrolyte）了，這些液體可是易燃性的。
那麼這 4 個部分是如何配合完成電池的充放電呢？
你可以將電極看做海綿，它會吸收並保存鋰離子。在電池虧電時，Li+ 會聚集在電池正極。
充電開始後，Li+ 則會向負極聚集，得到電子並被還原成 Li 鑲嵌在負極材料中。放電時鑲嵌在負極材料中的 Li 則會失去電子，重新向正極迴流。
在整個過程中，隔膜不能阻擋鋰離子的循環移動，但卻要把電子擋在它們原有的地盤。
特斯拉現在用的就是這種電池，其體積與普通 AA 電池類似，封裝後做成電池組為車輛提供動力。
可惜，鋰電池技術已經觸到了天花板，再加上其易燃易爆的特性，讓電動車廠商不敢再對其進行挖潛。
因此，儘快用上新的電池技術是勢在必行。
2.什麼是固態電池
這種新技術以固態命名是因為它拋棄了電解液，轉而使用固態電解質，而新的電解質就是固態電池的核心。
除了幹好自己的本職工作，固態電解質還能一併扮演隔膜的角色。
在正極材料選擇上，高電壓型電極材料更為合適。至於固態電池的負極，則可以用到鋰金屬，以實現能量密度的大飛躍。
事實上，固態電池並不是什麼新事物，其研發開始於上世紀五十年代，但最近幾年它們才因為電池革命的需要而走上前臺。
相比於傳統鋰電池，固態電池有幾大優勢：
- 安全性首當其衝；
- 其次，固態電池可以做的更加輕薄；
- 第三點最重要，即固態電池能量密度要高得多，它甚至能直接讓電動車續航里程翻番，而這是解決電動車續航焦慮最直接的辦法。
- 最後，生產製造的難度也會有所降低。
一般來說，動力電池系統需要先生產單體，單體封裝完成後將單體之間進行串聯組裝。若先在單體內部進行串聯，則會導致正負極短路與自放電。
固態電池電芯內部不含液體，可實現先串並聯後組裝，減少了組裝殼體用料，封裝設計得以大幅簡化。
從理論上來講，量產電動車中最強的 21700 NCA 三元鋰電池電芯（特斯拉使用），其能量密度也只有 251 Wh/kg。
業內人士認為，300 Wh/kg 將是三元鋰電池難以跨越的鴻溝。至於固態電池，其能量密度有望達到 400-1000 WH/kg。
顯然，固態電池將讓那些嫌棄電動車續航的用戶無話可說。此外，它的應用還能拉低電池組甚至整車的成本——由於固態電池已經沒有燃燒或爆炸之憂了，BMS 等溫控組件（這也是特斯拉的強項）可以徹底退役，無隔膜設計還能進一步為電池系統「減負」。
固態電池好是好，但想把這塊技術拼圖補全並不容易。
舉例來說，鋰離子在液體中穿梭遠比在固體中輕鬆得多，此外固態電池對溫度也更加挑剔。
說到固態電池，就不得不提 Braga Glass 這個詞。
2019 年年末，「鋰電之父」Goodenough 聯合克雷爾學院高級研究員 Maria Helena Braga 共同發佈重磅論文《安全充電電池的替代方案》，他們研發的這款新電池擁有低成本、全固態、不易燃、長壽命、高能量密度、快速充放電，耐低溫等特性。
論文中還指出，新電池的電芯製造難度與成本都更低，能量密度更是現有鋰電池的 3 倍，可循環充放次數也更多。
2018 年 6 月，Braga 團隊又發表了名為《非傳統高壓長循環壽命安全充電電池》的第二篇論文。
不過，論文的發表不代表研究人員找到了什麼突破口，Braga 團隊甚至遭到了許多業內大牛的質疑。
簡言之，Braga 的玻璃電池現在還是猶抱琵琶半遮面，第二篇論文中 2.3 萬次的充放循環、自充電等特性更是令人難以置信。再加上第一篇論文中提到的超高能量密度，如果這款玻璃電池能大規模量產，對電動車行業來說簡直是核武器一般的存在。
第一篇有關玻璃電池的論文發佈一年後，Elon Musk 在電話會上也談到了這個問題：
「在我看來，如果你手上真有突破性的電池技術，可以寄給我們樣品。如果你不相信特斯拉，也可以到第三方實驗室進行驗證。要不然，還是閉嘴吧。有人還說自己能在銀河系玩瞬間轉移呢，但也沒見他們真的實現。」
時任特斯拉 CTO 的 JB Straubel 則指出，「我同意 Elon 的觀點，特斯拉接觸過很多家做固態電池的公司，甚至測試過多款原型產品，但從結果來看我們暫時還不會切換既定戰略。當然，如果真有人能取得電池技術突破，我們也會成為第一個投入應用的公司。」
對於自己的新成果，Goodenough 則表示，「我們計劃將固態電池技術授權給多家廠商，而不是讓某家廠商獨享。對大公司來說，製造一款全新電芯兩年時間就夠了，現在則有 50 多家公司對我們的技術感興趣，它們未來都可幫忙驗證。」
也就是說，即使松下和特斯拉能搶先落地固態電池，其他廠商也能儘快跟上。
顯然，這會損害特斯拉在業內的領先優勢，甚至會成為埋葬它們的深坑。
事實上，各家巨頭都或多或少投資了一些固態電池新創公司，期待著哪一天在技術上取得突破。
福特、寶馬與現代就聯合投資了名為 Solid Power 的新創公司。
本田則選擇與 NASA 噴氣推進實驗室及加州理工合作，試圖搞出將能量密度提升 10 倍的新產品（不過該項目依然在用電解液）。
通用方面，不但拿到了美國能源部的 200 萬美元獎勵，還攜手 LG 化學投資 2 億美元繼續開發非固態鋰電池，為旗下雪佛蘭 Bolt 電動車提供「彈藥」。
與福特建立同盟關係的大眾，則向美國固態電池新創公司 QuantumScape 投資 1 億美元，不過它們的生產線 2025 年才能建成，至於大規模量產要到 2030 年了。
豐田走的最快，它準備趁著東京奧運會發布一款搭載固態電池的電動車。不過，量產恐怕要再等五六年。
除此之外，豐田還聯合本田、日產與松下搞了日本固態電池研發小聯盟，預計 2025 年能將電動車續航提升至 340 英里（約合 547 公里），2030 年則進一步增加到 500 英里（約合 804 公里）。有趣的是，松下曾表示固態電池未來十年內都難以投入商用。
總而言之，業界普遍認為，固態電池真正落地時間會在 2025-2030 年之間。
3.特斯拉收購 Maxwell
2019 年 2 月，特斯拉以 2.18 億美元溢價收購電池技術公司 Maxwell。
這家公司不僅手握重要的乾電極技術，就連 Musk 最近都表示，這項技術比大家想象中重要很多。
除此之外，Maxwell 的武器庫裡還有超級電容技術。簡單理解，就是通過靜電方式存儲電能——這項技術在未來可能會成為特斯拉的定海神針。
要說 Maxwell 的乾電極技術的最大不同所在，就不得不提傳統鋰電池製造時使用的含粘合劑材料的溶劑。
這種溶劑有毒，必須小心回收並進行純化後才能再利用。
此外，它還需要巨大、昂貴且複雜的電極塗覆機配合。Maxwell 的乾電極技術則徹底剔除了這種溶劑。
通過這項技術，Maxwell 不僅能將能量密度提升到 300 Wh/kg，還能讓電池壽命乘以 2。當然，對特斯拉最重要的還是降成本。
據悉，乾電極技術能比傳統的溼電極技術節省 10-20 個百分點的成本，而且生產速度更快。除了免除有毒溶劑，乾電極技術還可以剔除鈷這一原料，為環保貢獻一份力。
從現有信息來看，Maxwell 的乾電極生產一共分為三步：
- 第一步，電極粉末的混合;
- 第二步，用擠壓機將粉末擠成電極材料帶;
- 最後壓在金屬箔集電體上產出乾電極。
Maxwell 的乾電極技術研發始於 2011 年，10 年的時間相信這項技術已經離正式商用不遠了。
如果再加上特斯拉今年才收購的 Hibar System，就更加如虎添翼了。事實上，這家新收購的公司並不是做電池的，它的絕活是泵系統，能將電解液加註到電池內。
當然，大家千萬別將 Maxwell 的乾電極技術與固態電池混為一談，特斯拉當下依然專注傳統鋰電池，但會藉助 Jeff Dahn 的技術為電池加入兩種新的混合物，將正極材料升級為鋰鎳猛鈷化合物，而負極則會用上自然或人工石墨。
簡言之，今年的電池日上，特斯拉可能會對手上的新技術進行一次大整合，將 Maxwell 的乾電極技術，Hibar 的泵系統和 Jeff Dahn 的電化學技術串在一個鏈條上。
如果真如 Maxwell 所言，自家技術未來能將傳統鋰電池的能量密度推高至 500 Wh/kg，恐怕短期內特斯拉不會碰固態電池。
當然，特斯拉才不會把雞蛋放在一個籃子裡，Maxwell 的技術同樣也可用在固態電池上。
不出意外的話，在今年 4 月舉辦的電池日上，特斯拉不但會大談特談新的電化學技術，還會帶來新的電池模組架構及通向 1TWh 電池年產量的清晰路線圖。
敬請期待吧。
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