中國粉體網訊 7月25日，全球知名咨詢機構SNE research發(fā)布了一份報告，到2030年，液態(tài)鋰離子電池在動力電池的市場仍將占據絕對優(yōu)勢，即使全固態(tài)電池成功批量生產，由于成本問題很難解決，市場滲透率也會非常低。
來源：SNE research
SNE research表示，到2030年，全球液態(tài)鋰離子電池供應量將從2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占電池市場的95%以上，全固態(tài)電池的供應量則會從2025年開始的0.2GWh，增加到131GWh，市場滲透率將達到4%左右。
首先，我們先來討論一下2030年全固態(tài)電池到底能不能量產？
固態(tài)電池，即使用固體電解質，代替液體或聚合物凝膠電解質的電池。由于固態(tài)電池的固/固界面問題遲遲得不到解決，有些人退而求其次，把半固態(tài)電池、準固態(tài)電池、全固態(tài)電池統稱為固態(tài)電池。對此，小編不敢茍同，一直認為這只是某些無良商家虛假宣傳，搞噱頭時才會有的說辭。
在人們的想象中，鋰離子電池會沿著液態(tài)鋰離子電池→半固態(tài)電池→準固態(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很成熟了，那就先說說半固態(tài)電池。提到半固態(tài)電池，則不得不提一下蔚來。
早在2020 NIO Day上，蔚來便正式發(fā)布了續(xù)航超1000km、采用固液混合電解質的150kWh電池包。按照計劃，由衛(wèi)藍新能源提供電芯單體的半固態(tài)電池包將于2022年第四季度開始裝車交付。然而，時至今日，這一彼時曾引發(fā)業(yè)界對其電芯供應商和具體技術細節(jié)猜測的電池包，依然“只聞其聲”。
來源：蔚來
“150度電池包的研發(fā)和驗證比預計時間要長，預計的（今年）7月底還要再稍等。”在7月20日的Power Day 2023上，蔚來汽車總裁秦力洪再次推遲了這一電池包的上車時間。當然，這不是蔚來第一次做出推遲的決定。
不過在蔚來旋轉跳躍的時候，有一家車企將半固態(tài)電池裝上了車，那就是嵐圖汽車旗下的嵐圖追光。
來源：嵐圖汽車
但是翻開嵐圖追光官網的配置表，小編發(fā)現這所謂的半固態(tài)電池好像看起來怪怪的。嵐圖追光一共有三個配置，前兩款車型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)電解質電池），電量為108.73kWh，能量密度為212Wh/kg。
來源：嵐圖汽車
不是說好了搞半固態(tài)電池是提高電池能量密度，增加電車續(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，還是說半固態(tài)電池背后的孚能科技不行？要知道，在蔚來的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-高安全性+高能量密度，孚能科技只要了安全性？不是說小孩子才做選擇，成年人全都要的嘛！
再來說說全固態(tài)電池的發(fā)展，為什么不說準固態(tài)電池呢？這個新名字也不知道哪個神仙起的，自欺欺人，不就是液態(tài)電解質更少了點嘛，不還是半固態(tài)電池嘛！
要說全固態(tài)電池最活躍的一份子，豐田汽車當仁不讓。
在7月4日的時候，據英國《金融時報》報道，豐田公司表示，已經開發(fā)出一種新的全固態(tài)電池技術，可以將電動汽車電池的重量、尺寸和成本降低50%，電池可在大約10分鐘內快速充電，續(xù)航里程1200公里。
來源：豐田中國
豐田公司的消息一出，國內互聯網上各種神仙一片哀嚎，各種威脅論，中國在電動車領域布局這么多年，這是要被日本彎道超車了嗎？
神仙講鬼話，嘩眾取寵暫且不管。豐田公司其實從2008年就開始牽頭研發(fā)固態(tài)電池，前前后后簽署合作伙伴有七八家，截至2022年專利累積到1300多項，相當于排名2-5名（松下、出光興產、三星、村田）之和。事實上，專利個數排名前10的，全是日韓企業(yè)。
而后面豐田公司在固態(tài)電池的量產上接連跳票。2017年豐田汽車曾表示將在東京奧運會上展示固態(tài)電池技術，但因技術挑戰(zhàn)，被迫推遲到2025年量產；時至2021年又表示量產計劃推遲至2027年。最近的口風是，2025年前豐田的全固態(tài)電池將實現小規(guī)模量產，首先搭載在混動車型上；預計將在2027年開始為電動汽車生產固態(tài)電池，在2027年至2028年逐步實現固態(tài)電池的規(guī)�；a，到2030年前豐田全固態(tài)電池要實現持續(xù)、穩(wěn)定生產。
其實對于2030年這個年份，小編一直認為這只是一種托詞，不必太在意。豐田也好，日產也好，當然我國企業(yè)也好，2030只是個希冀而已，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，已經將全固態(tài)電池視作技術儲備，判定暫時很難兌現商業(yè)價值。反正2030之后還有2035，還有2040。
小編認為，2030年壓根就談不上全固態(tài)電池的量產，充其量也就是在一些特定區(qū)域的示范應用或者小批量應用。SNE research在報告中，就2030年全固態(tài)電池的量產問題，也是用到了“即使”兩個字，說明對于這個時間節(jié)點，SNE research也不是很看好。
經歷了一番無業(yè)績的無腦炒作以后，目前很多投資者已經開始看空全固態(tài)電池。大眾汽車和比爾·蓋茨個人聯合投資的初創(chuàng)公司Quantum Scape在2020年上市，上市前已經驗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%。當時開的“支票”，也是2025年投產（與大眾汽車合資）。當時Quantum Scape股價高達132美元，后來急速下滑，最低時跌到不足6美元，公司開始裁員。二級市場的投資者似乎對固態(tài)電池和該公司的前景喪失了大部分信心。
更有甚者，美國電動車生產商Fisker，已經宣布放棄固態(tài)電池研發(fā)計劃，而2018年的時候，該公司是對該技術最積極的公司之一。該公司創(chuàng)始人表示：“固態(tài)電池是一種這樣的技術，當你覺得你已經完成了90%，幾乎達到目標時，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多�！�
然后再說成本問題
目前鋰離子電池的電解液價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，且遠高于全固態(tài)電池可商業(yè)化的50美元/kg的閾值，產業(yè)鏈的相關企業(yè)都在努力將降低成本作為最優(yōu)先課題。
不久前，中國科學技術大學馬騁教授課題組開發(fā)了一種氧氯化物固態(tài)電解質Li1.75ZrCl4.75O0.5，很好的滿足了離子電導率、可變形性和成本競爭力這三個條件。Li1.75ZrCl4.75O0.5在室溫下表現出高達2.42mS/cm的離子電導率，超過了大多數鹵化物固態(tài)電解質，即便和硫化物固態(tài)電解質相比也并不遜色。與此同時，該材料還具有良好的可變形性，在300 MPa冷壓之后的相對密度高達94.2%，超過了目前常見的以良好可變形性著稱的Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li2ZrCl6、Li3InCl6等固態(tài)電解質。除此之外，由于作為原料的LiCl、LiOH·H2O、ZrCl4價格低廉，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本僅$11.60/kg。而如果使用更為廉價的ZrOCl2·8H2O、LiCl、ZrCl4合成，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本還可以進一步降低。
來源：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)表在國際學術期刊《Nature Communications》上。
來源：Nature Communications
似乎是作為豐田公司上述消息的“助攻”，在科研領域，日本東京工業(yè)大學等機構參與團隊7月23日在《Science》雜志上發(fā)表論文表示，團隊研發(fā)出一種高導電性的固態(tài)電解質“鋰超離子導體”，用這種新型電解質使全固態(tài)鋰電池特性有了顯著提升。團隊以固態(tài)導體鋰鍺磷硫化物為基礎，嘗試最大限度發(fā)揮其離子導電性能。他們對鋰鍺磷硫化物進行了“高熵化”設計改進，開發(fā)出在室溫下離子電導率達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，新材料離子電導率為原鋰鍺磷硫化物導體的2.3至3.8倍。此外，研究團隊改良了制造工藝，負極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y的石墨，使得正極容量按單位電極面積計算較當前提高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20mA，這也是全球目前公布的最高水平。
來源：Science
不過，中國科學技術大學的研究也好，日本東京工業(yè)大學的研究也好，對于全固態(tài)電池而言，這僅是固態(tài)電解質成本的降低，正負極材料依然占據了電池成本的六七成，且目前這些成果仍然還在實驗室階段。
所以對于豐田公司所謂的成本減半，小編覺得就目前而言，簡直是癡人說夢（后來，英國《金融時報》發(fā)布文章沒幾天就被英國政府勒令刪除，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，電池包上車成本還包括生產工藝、整體生產效率、產品良率等構成，蔚來辛辛苦苦PPT了三年的150度半固態(tài)電池包遲遲不上車也是因為成本原因。蔚來總裁秦力洪聲稱，150度半固態(tài)電池包的成本很高，相當于一輛ET5的整車價格（注：約30萬元）。
全固態(tài)電池不是必選項
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、更長循環(huán)壽命和更好低溫性能等性能優(yōu)勢的新生事物。
不過全固態(tài)電池到底是不是必選項呢？
一方面，全固態(tài)電池更安全這個說法根本靠不住，因為它更容易產生“鋰枝晶”，導致內短路。根據美國能源部國家實驗室研究結果表明，短路的全固態(tài)電池具有比傳統鋰離子電池高得多的溫度，而且這還是利用氧化物固態(tài)電解質的研究結果，硫化物固體電解質具有極高的反應活性、強腐蝕性、空氣不穩(wěn)定性等特點，安全性更有待考量。
另外一方面，其高能量密度的認知也有待商榷，真正對全固態(tài)電池能量密度起作用的是硅負極或者鋰金屬負極。相反，因為固態(tài)電解質電導率太低，Quantum Scape不得不摻入氧化物和凝膠電解質，這其實就是半固態(tài)。并且，當前發(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)電池這個曾被萬眾期待的終極電池技術，已經難再撐得起燃油車“終結者”、鋰電“圣杯”的名號，看起來越來越像《三體》中“智子鎖死”后的一場夢。
參考資料：
1、澎湃新聞，《SNEresearch：即使全固態(tài)電池到2030年量產，市場滲透率也只有4%》
2、能源學人，《馬騁團隊Nat. Commun.：新型固態(tài)電解質的電導率、可變形性和性價比“三駕馬車”拉動全固態(tài)電池實用化》
3、財聯社，《容量更大、充電速度倍增、成本驟降，學界頻放利好 固態(tài)電池商業(yè)化迎來“春天”？》
4、金臺資訊，《固態(tài)電池，“道阻且長” “替補”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、汽車公社，《“智子鎖死”固態(tài)電池？》
（中國粉體網編輯整理/長安）
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