中國(guó)粉體網(wǎng)訊 7月25日，全球知名咨詢(xún)機(jī)構(gòu)SNE research發(fā)布了一份報(bào)告，到2030年，液態(tài)鋰離子電池在動(dòng)力電池的市場(chǎng)仍將占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，即使全固態(tài)電池成功批量生產(chǎn)，由于成本問(wèn)題很難解決，市場(chǎng)滲透率也會(huì)非常低。
來(lái)源：SNE research
SNE research表示，到2030年，全球液態(tài)鋰離子電池供應(yīng)量將從2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占電池市場(chǎng)的95%以上，全固態(tài)電池的供應(yīng)量則會(huì)從2025年開(kāi)始的0.2GWh，增加到131GWh，市場(chǎng)滲透率將達(dá)到4%左右。
首先，我們先來(lái)討論一下2030年全固態(tài)電池到底能不能量產(chǎn)？
固態(tài)電池，即使用固體電解質(zhì)，代替液體或聚合物凝膠電解質(zhì)的電池。由于固態(tài)電池的固/固界面問(wèn)題遲遲得不到解決，有些人退而求其次，把半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池、全固態(tài)電池統(tǒng)稱(chēng)為固態(tài)電池。對(duì)此，小編不敢茍同，一直認(rèn)為這只是某些無(wú)良商家虛假宣傳，搞噱頭時(shí)才會(huì)有的說(shuō)辭。
在人們的想象中，鋰離子電池會(huì)沿著液態(tài)鋰離子電池→半固態(tài)電池→準(zhǔn)固態(tài)電池→全固態(tài)電池的路線發(fā)展。
液態(tài)鋰離子電池目前已經(jīng)很成熟了，那就先說(shuō)說(shuō)半固態(tài)電池。提到半固態(tài)電池，則不得不提一下蔚來(lái)。
早在2020 NIO Day上，蔚來(lái)便正式發(fā)布了續(xù)航超1000km、采用固液混合電解質(zhì)的150kWh電池包。按照計(jì)劃，由衛(wèi)藍(lán)新能源提供電芯單體的半固態(tài)電池包將于2022年第四季度開(kāi)始裝車(chē)交付。然而，時(shí)至今日，這一彼時(shí)曾引發(fā)業(yè)界對(duì)其電芯供應(yīng)商和具體技術(shù)細(xì)節(jié)猜測(cè)的電池包，依然“只聞其聲”。
來(lái)源：蔚來(lái)
“150度電池包的研發(fā)和驗(yàn)證比預(yù)計(jì)時(shí)間要長(zhǎng)，預(yù)計(jì)的（今年）7月底還要再稍等�！痹�7月20日的Power Day 2023上，蔚來(lái)汽車(chē)總裁秦力洪再次推遲了這一電池包的上車(chē)時(shí)間。當(dāng)然，這不是蔚來(lái)第一次做出推遲的決定。
不過(guò)在蔚來(lái)旋轉(zhuǎn)跳躍的時(shí)候，有一家車(chē)企將半固態(tài)電池裝上了車(chē)，那就是嵐圖汽車(chē)旗下的嵐圖追光。
來(lái)源：嵐圖汽車(chē)
但是翻開(kāi)嵐圖追光官網(wǎng)的配置表，小編發(fā)現(xiàn)這所謂的半固態(tài)電池好像看起來(lái)怪怪的。嵐圖追光一共有三個(gè)配置，前兩款車(chē)型CLTC續(xù)航里程為580km，使用的半固態(tài)電池，電量為82.11kWh，能量密度為170Wh/kg；另一款車(chē)型CLTC續(xù)航為730km，搭載的是嵐圖自研的云母電池（即常規(guī)三元鋰液態(tài)電解質(zhì)電池），電量為108.73kWh，能量密度為212Wh/kg。
來(lái)源：嵐圖汽車(chē)
不是說(shuō)好了搞半固態(tài)電池是提高電池能量密度，增加電車(chē)?yán)m(xù)航的嘛！到底是半固態(tài)電池不行，還是嵐圖的半固態(tài)電池不行，還是說(shuō)半固態(tài)電池背后的孚能科技不行？要知道，在蔚來(lái)的PPT里，半固態(tài)電池可是有150kWh的電量以及1000km+的續(xù)航呢！
難道半固態(tài)電池兩大顯著特點(diǎn)-高安全性+高能量密度，孚能科技只要了安全性？不是說(shuō)小孩子才做選擇，成年人全都要的嘛！
再來(lái)說(shuō)說(shuō)全固態(tài)電池的發(fā)展，為什么不說(shuō)準(zhǔn)固態(tài)電池呢？這個(gè)新名字也不知道哪個(gè)神仙起的，自欺欺人，不就是液態(tài)電解質(zhì)更少了點(diǎn)嘛，不還是半固態(tài)電池嘛！
要說(shuō)全固態(tài)電池最活躍的一份子，豐田汽車(chē)當(dāng)仁不讓。
在7月4日的時(shí)候，據(jù)英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，豐田公司表示，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的全固態(tài)電池技術(shù)，可以將電動(dòng)汽車(chē)電池的重量、尺寸和成本降低50%，電池可在大約10分鐘內(nèi)快速充電，續(xù)航里程1200公里。
來(lái)源：豐田中國(guó)
豐田公司的消息一出，國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)上各種神仙一片哀嚎，各種威脅論，中國(guó)在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域布局這么多年，這是要被日本彎道超車(chē)了嗎？
神仙講鬼話(huà)，嘩眾取寵暫且不管。豐田公司其實(shí)從2008年就開(kāi)始牽頭研發(fā)固態(tài)電池，前前后后簽署合作伙伴有七八家，截至2022年專(zhuān)利累積到1300多項(xiàng)，相當(dāng)于排名2-5名（松下、出光興產(chǎn)、三星、村田）之和。事實(shí)上，專(zhuān)利個(gè)數(shù)排名前10的，全是日韓企業(yè)。
而后面豐田公司在固態(tài)電池的量產(chǎn)上接連跳票。2017年豐田汽車(chē)曾表示將在東京奧運(yùn)會(huì)上展示固態(tài)電池技術(shù)，但因技術(shù)挑戰(zhàn)，被迫推遲到2025年量產(chǎn)；時(shí)至2021年又表示量產(chǎn)計(jì)劃推遲至2027年。最近的口風(fēng)是，2025年前豐田的全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，首先搭載在混動(dòng)車(chē)型上；預(yù)計(jì)將在2027年開(kāi)始為電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)固態(tài)電池，在2027年至2028年逐步實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的規(guī)�；a(chǎn)，到2030年前豐田全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。
其實(shí)對(duì)于2030年這個(gè)年份，小編一直認(rèn)為這只是一種托詞，不必太在意。豐田也好，日產(chǎn)也好，當(dāng)然我國(guó)企業(yè)也好，2030只是個(gè)希冀而已，它只是表明有些企業(yè)在巨額投入之后，不甘心破罐子破摔，已經(jīng)將全固態(tài)電池視作技術(shù)儲(chǔ)備，判定暫時(shí)很難兌現(xiàn)商業(yè)價(jià)值。反正2030之后還有2035，還有2040。
小編認(rèn)為，2030年壓根就談不上全固態(tài)電池的量產(chǎn)，充其量也就是在一些特定區(qū)域的示范應(yīng)用或者小批量應(yīng)用。SNE research在報(bào)告中，就2030年全固態(tài)電池的量產(chǎn)問(wèn)題，也是用到了“即使”兩個(gè)字，說(shuō)明對(duì)于這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，SNE research也不是很看好。
經(jīng)歷了一番無(wú)業(yè)績(jī)的無(wú)腦炒作以后，目前很多投資者已經(jīng)開(kāi)始看空全固態(tài)電池。大眾汽車(chē)和比爾·蓋茨個(gè)人聯(lián)合投資的初創(chuàng)公司Quantum Scape在2020年上市，上市前已經(jīng)驗(yàn)證了單層電池在常溫加壓下，1C速率循環(huán)充放1000次，還能保持初始電量的90%。當(dāng)時(shí)開(kāi)的“支票”，也是2025年投產(chǎn)（與大眾汽車(chē)合資）。當(dāng)時(shí)Quantum Scape股價(jià)高達(dá)132美元，后來(lái)急速下滑，最低時(shí)跌到不足6美元，公司開(kāi)始裁員。二級(jí)市場(chǎng)的投資者似乎對(duì)固態(tài)電池和該公司的前景喪失了大部分信心。
更有甚者，美國(guó)電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)商Fisker，已經(jīng)宣布放棄固態(tài)電池研發(fā)計(jì)劃，而2018年的時(shí)候，該公司是對(duì)該技術(shù)最積極的公司之一。該公司創(chuàng)始人表示：“固態(tài)電池是一種這樣的技術(shù)，當(dāng)你覺(jué)得你已經(jīng)完成了90%，幾乎達(dá)到目標(biāo)時(shí)，然后你意識(shí)到剩下的10%比前面的90%困難得多�！�
然后再說(shuō)成本問(wèn)題
目前鋰離子電池的電解液價(jià)格在全球的平均水平為9美元/kg，而全固態(tài)電池中最有前途的硫化物固體電解質(zhì)的主要原料Li2S為1500-2000美元/kg，是鋰離子電池電解液的200倍以上，且遠(yuǎn)高于全固態(tài)電池可商業(yè)化的50美元/kg的閾值，產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)企業(yè)都在努力將降低成本作為最優(yōu)先課題。
不久前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授課題組開(kāi)發(fā)了一種氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)Li1.75ZrCl4.75O0.5，很好的滿(mǎn)足了離子電導(dǎo)率、可變形性和成本競(jìng)爭(zhēng)力這三個(gè)條件。Li1.75ZrCl4.75O0.5在室溫下表現(xiàn)出高達(dá)2.42mS/cm的離子電導(dǎo)率，超過(guò)了大多數(shù)鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，即便和硫化物固態(tài)電解質(zhì)相比也并不遜色。與此同時(shí)，該材料還具有良好的可變形性，在300 MPa冷壓之后的相對(duì)密度高達(dá)94.2%，超過(guò)了目前常見(jiàn)的以良好可變形性著稱(chēng)的Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li2ZrCl6、Li3InCl6等固態(tài)電解質(zhì)。除此之外，由于作為原料的LiCl、LiOH·H2O、ZrCl4價(jià)格低廉，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本僅$11.60/kg。而如果使用更為廉價(jià)的ZrOCl2·8H2O、LiCl、ZrCl4合成，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本還可以進(jìn)一步降低。
來(lái)源：Nature Communications
該成果6月27日以《A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries》為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上。
來(lái)源：Nature Communications
似乎是作為豐田公司上述消息的“助攻”，在科研領(lǐng)域，日本東京工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)參與團(tuán)隊(duì)7月23日在《Science》雜志上發(fā)表論文表示，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種高導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)“鋰超離子導(dǎo)體”，用這種新型電解質(zhì)使全固態(tài)鋰電池特性有了顯著提升。團(tuán)隊(duì)以固態(tài)導(dǎo)體鋰鍺磷硫化物為基礎(chǔ)，嘗試最大限度發(fā)揮其離子導(dǎo)電性能。他們對(duì)鋰鍺磷硫化物進(jìn)行了“高熵化”設(shè)計(jì)改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出在室溫下離子電導(dǎo)率達(dá)32mS/cm的新材料。在零下50攝氏度至零上55攝氏度的溫度范圍內(nèi)，新材料離子電導(dǎo)率為原鋰鍺磷硫化物導(dǎo)體的2.3至3.8倍。此外，研究團(tuán)隊(duì)改良了制造工藝，負(fù)極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨，使得正極容量按單位電極面積計(jì)算較當(dāng)前提高1.8倍。試制的全固態(tài)電池每平方厘米電極的電池容量超過(guò)20mA，這也是全球目前公布的最高水平。
來(lái)源：Science
不過(guò)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究也好，日本東京工業(yè)大學(xué)的研究也好，對(duì)于全固態(tài)電池而言，這僅是固態(tài)電解質(zhì)成本的降低，正負(fù)極材料依然占據(jù)了電池成本的六七成，且目前這些成果仍然還在實(shí)驗(yàn)室階段。
所以對(duì)于豐田公司所謂的成本減半，小編覺(jué)得就目前而言，簡(jiǎn)直是癡人說(shuō)夢(mèng)（后來(lái)，英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》發(fā)布文章沒(méi)幾天就被英國(guó)政府勒令刪除，理由是涉嫌虛假宣傳）。即使固態(tài)電池完全不需要電解液和隔膜，固態(tài)電解質(zhì)成本為零，電池總成本也降不了一半。而且除了材料成本，電池包上車(chē)成本還包括生產(chǎn)工藝、整體生產(chǎn)效率、產(chǎn)品良率等構(gòu)成，蔚來(lái)辛辛苦苦PPT了三年的150度半固態(tài)電池包遲遲不上車(chē)也是因?yàn)槌杀驹颉Ｎ祦?lái)總裁秦力洪聲稱(chēng)，150度半固態(tài)電池包的成本很高，相當(dāng)于一輛ET5的整車(chē)價(jià)格（注：約30萬(wàn)元）。
全固態(tài)電池不是必選項(xiàng)
盡管全固態(tài)電池的商業(yè)化面臨重重困難，但業(yè)界依然看好這一具備更高能量密度、更高安全性、更長(zhǎng)循環(huán)壽命和更好低溫性能等性能優(yōu)勢(shì)的新生事物。
不過(guò)全固態(tài)電池到底是不是必選項(xiàng)呢？
一方面，全固態(tài)電池更安全這個(gè)說(shuō)法根本靠不住，因?yàn)樗菀桩a(chǎn)生“鋰枝晶”，導(dǎo)致內(nèi)短路。根據(jù)美國(guó)能源部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明，短路的全固態(tài)電池具有比傳統(tǒng)鋰離子電池高得多的溫度，而且這還是利用氧化物固態(tài)電解質(zhì)的研究結(jié)果，硫化物固體電解質(zhì)具有極高的反應(yīng)活性、強(qiáng)腐蝕性、空氣不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，安全性更有待考量。
另外一方面，其高能量密度的認(rèn)知也有待商榷，真正對(duì)全固態(tài)電池能量密度起作用的是硅負(fù)極或者鋰金屬負(fù)極。相反，因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率太低，Quantum Scape不得不摻入氧化物和凝膠電解質(zhì)，這其實(shí)就是半固態(tài)。并且，當(dāng)前發(fā)展迅速的高壓快充，正在降低能量密度的重要性。
綜合考量，如今全固態(tài)電池這個(gè)曾被萬(wàn)眾期待的終極電池技術(shù)，已經(jīng)難再撐得起燃油車(chē)“終結(jié)者”、鋰電“圣杯”的名號(hào)，看起來(lái)越來(lái)越像《三體》中“智子鎖死”后的一場(chǎng)夢(mèng)。
參考資料：
1、澎湃新聞，《SNEresearch：即使全固態(tài)電池到2030年量產(chǎn)，市場(chǎng)滲透率也只有4%》
2、能源學(xué)人，《馬騁團(tuán)隊(duì)Nat. Commun.：新型固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率、可變形性和性?xún)r(jià)比“三駕馬車(chē)”拉動(dòng)全固態(tài)電池實(shí)用化》
3、財(cái)聯(lián)社，《容量更大、充電速度倍增、成本驟降，學(xué)界頻放利好 固態(tài)電池商業(yè)化迎來(lái)“春天”？》
4、金臺(tái)資訊，《固態(tài)電池，“道阻且長(zhǎng)” “替補(bǔ)”能否成“主力”？》
5、Hu LV, et al，《A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries》
6、汽車(chē)公社，《“智子鎖死”固態(tài)電池？》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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