中國粉體網(wǎng)訊 7月25日，全球知名咨詢機(jī)構(gòu)SNE research發(fā)布了一份報(bào)告,，到2030年,，液態(tài)鋰離子電池在動力電池的市場仍將占據(jù)絕對優(yōu)勢，即使全固態(tài)電池成功批量生產(chǎn),，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(yīng)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(yīng)量則會從2025年開始的0.2GWh,，增加到131GWh，市場滲透率將達(dá)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(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)稱為固態(tài)電池,。對此，小編不敢茍同,，一直認(rèn)為這只是某些無良商家虛假宣傳,，搞噱頭時(shí)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(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(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年第四季度開始裝車交付,。然而，時(shí)至今日,，這一彼時(shí)曾引發(fā)業(yè)界對其電芯供應(yīng)商和具體技術(shù)細(xì)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(yàn)證比預(yù)計(jì)時(shí)間要長,，預(yù)計(jì)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(shí)間,。當(dāng)然，這不是蔚來第一次做出推遲的決定。
不過在蔚來旋轉(zhuǎn)跳躍的時(shí)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(wǎng)的配置表,，小編發(fā)現(xiàn)這所謂的半固態(tài)電池好像看起來怪怪的,。嵐圖追光一共有三個(gè)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(zhì)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?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(diǎn)-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(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！
要說全固態(tài)電池最活躍的一份子,，豐田汽車當(dāng)仁不讓,。
在7月4日的時(shí)候，據(jù)英國《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道,，豐田公司表示,，已經(jīng)開發(fā)出一種新的全固態(tài)電池技術(shù)，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(nèi)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(nèi)互聯(lián)網(wǎng)上各種神仙一片哀嚎,，各種威脅論，中國在電動車領(lǐng)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(shí)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(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年豐田汽車曾表示將在東京奧運(yùn)會上展示固態(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)，首先搭載在混動車型上,；預(yù)計(jì)將在2027年開始為電動汽車生產(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)模化生產(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)問題,，也是用到了“即使”兩個(gè)字，說明對于這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn),，SNE research也不是很看好,。
經(jīng)歷了一番無業(yè)績的無腦炒作以后，目前很多投資者已經(jīng)開始看空全固態(tài)電池,。大眾汽車和比爾·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)開的“支票”,，也是2025年投產(chǎn)（與大眾汽車合資）,。當(dāng)時(shí)Quantum Scape股價(jià)高達(dá)132美元，后來急速下滑,，最低時(shí)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(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)你覺得你已經(jīng)完成了90%,，幾乎達(dá)到目標(biāo)時(shí)，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(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,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授課題組開發(fā)了一種氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)Li1.75ZrCl4.75O0.5,，很好的滿足了離子電導(dǎo)率、可變形性和成本競爭力這三個(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冷壓之后的相對密度高達(dá)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(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(xué)術(shù)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(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,。他們對鋰鍺磷硫化物進(jìn)行了“高熵化”設(shè)計(jì)改進(jìn),，開發(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20mA，這也是全球目前公布的最高水平,。
來源：Science
不過,，中國科學(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(shí)報(bào)》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(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?yàn)槌杀驹�,。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(dāng)于一輛ET5的整車價(jià)格（注：約30萬元）,。
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(xiàng)呢？
一方面,，全固態(tài)電池更安全這個(gè)說法根本靠不住,，因?yàn)樗菀桩a(chǎn)生“鋰枝晶”，導(dǎo)致內(nèi)短路,。根據(jù)美國能源部國家實(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)曾被萬眾期待的終極電池技術(shù),，已經(jīng)難再撐得起燃油車“終結(jié)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(chǎn),，市場滲透率也只有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,、可變形性和性價(jià)比“三駕馬車”拉動全固態(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“春天”,？》
4,、金臺資訊，《固態(tài)電池,，“道阻且長” “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,、汽車公社,，《“智子鎖死”固態(tài)電池？》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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