5月3号，宝马和福特汽车公司宣布联合投资1.3亿美元到固态锂电池公司SolidPower，押宝未来的电动车固态电池技术，从而将Solid Power这家创业公司推上前台。

宝马称其目标是在2030年前实现电动车量产，而福特公司则在日前发布财报时宣布在2025年前将投资220亿美元用于研发生产电动车产品。去年末上市的加州QuantumScape固态锂电池公司是由大众汽车押宝投资的初创企业，大众公司已先后投入超过2亿美元在这家公司上。而上个月通用汽车宣布投资1.39亿美元在波士顿地区的固态锂电池公司SolidEnergy Systems，同时宣布在2025年前将总计投资270亿美元用于电动汽车的研发生产。至此，这几家大型的欧美汽车制造商似乎都已有押宝的固态锂电池公司，我们将逐步为你分析这几家固态锂电池公司的技术特点。

Solid Power公司于2011年在美国科罗拉多州成立。但是在成立初始的几年里默默无闻，连公开的融资消息都没有一丁半点。直到2017年，公司才拿到最早期的天使轮投资350万美元，接着在2018和2020获得了两次A轮融资总计4800万美元。然后就是突然在这个月宣布获得1.3亿美元的B轮融资，一举成为固态锂电池行业里的明星公司。据新闻报道，Solid Power公司现在已有能力生产20Ah的多层电池块，而利用最新获得的B轮融资，公司将争取在2022年实现100Ah的电池块生产，为宝马和福特公司的电动车电池测试提供验证产品。

由于此前关于Solid Power公司的新闻报道很少提及其技术特点，因此我们对该公司申请的专利进行了搜索，找到了3篇比较关键的技术专利。第一篇专利着重于该公司的固态锂电池的组装方式，在总体电池设计上与常规的锂金属固态电池大同小异，不过里面提到的几个小技术细节可能是该公司的一些创新。比如在粘接剂材料方面，他们提到了可自愈（Self-healing）高分子材料，这类材料在电极材料表面形成保护膜后，如果被晶枝扎破，有能力自愈恢复成膜，从而保护电极材料不与其他活性成分反应消耗。在固态电解质方面，他们提到可加入卤素元素，帮助在锂金属与正极活性材料之间形成稳定、高离子电导率的界面层，以提高电池整体的性能。

第二篇关键专利侧重于固态电解质材料。目前含有锂锗磷硅元素的LGPS固态电解质是用于锂金属电池的最好电解质，它在常温下的锂离子电导率可以达到12mS/cm，是常用陶瓷电解质的10倍以上。然而，这种材料的一个缺陷是它的电化学稳定窗口很小，只有在相对于Li/Li+反应的2.1V到2.4V之间比较稳定，而超出这个运行窗口时该材料会生成离子电导率极低的产物，从而大大降低电池的运行性能。而SolidPower在这一专利里提出了基于锂-硼-硫元素的固态电解质LiBS，根据理论计算该固态电解质的热力学稳定窗口在相对于Li/Li+反应的1.6V到2.2V之间，其窗口比LGPS电解质扩大了一倍。而在1.0~1.6V与2.2~3.8V之间，虽然热力学上该电解质不稳定，但是在动力学上仍可维持一定的稳定性，因此可极大提高固态电池的运行窗口与性能。同时，该电解质的锂离子电导率可能达到LGPS电解质的两倍以上。另一方面，该电解质因为使用的元素价格较低，其各成分成本为锂$20/kg，硼$5/kg，硫$1/kg，因而其电解质成本可以低至10微米厚度价格为每平方米$0.05，将大大降低固态电池的总成本。

虽然理论是美好的，但是现实还是比较艰难。Solid Power在这项专利里展示了实际测试的数据，结果显示LiBS电解质系统的离子电导率尚远远低于理论数值。据此推测，Solid Power在后续的工作中会大力加强固态电解质的性能研究，已实现其理论性能高度。

Solid Power的第三篇关键专利是关于粘接剂材料，着重于基于锂-聚硫的材料。专利声称该类材料可解决常规粘接剂材料在制备过程中与溶剂或其他活性材料不相容的情况，从而大大提高成品电池的稳定性，也降低制备工艺的成本。由于专利里并未涉及太多的技术参数，因此我们也就不再做过多赘述。

综上所述，Solid Power公司的发力重点似乎是在固体电解质与粘接剂材料方面，他们希望通过完善这两种成分来提高固态电池的性能，似乎对于锂金属负极中可能存在的一系列问题并没有做太多的解读。如果与锂金属负极相关的一些问题没有得到妥善解决，那么电池的长期循环稳定性就会大打折扣，因此我们期待能在将来看到更多SolidPower电池的循环稳定性数据，将有助于我们了解其固态电池的技术发展程度。

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参考文献：

1.    美国专利申请号US20210126281，Solidelectrolyte material and solid-state battery made therewith

2.    国际专利申请号WO2019051305，Ceramicmaterial with high lithium ion conductivity and high electrochemical stabilityfor use as solid-state electrolyte and electrode additive

3.    美国专利申请号US20180083303，Binderand slurry compositions and solid state batteries made therewith

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作者简介：

谢伟博士，清华大学材料学学士和硕士，美国德克萨斯大学（奥斯汀）化学工程博士。主要从事储能电池开发工作，先后在跨国企业及初创公司任要职，主持多项美国能源部资助研发项目，获得2013年全美年度100最佳研发技术大奖。在材料学及储能领域顶级期刊发表论文17篇，担任5家国际期刊审稿工作，拥有国际发明专利申请17项。

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