作者丨王小西

责编丨崔力文

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看固态电池，得看是材料级的概念，还是产品级的概念？

说起固态电池，就跟贾跃亭的“下周回国”一样，过段时间就发布个消息，然后“遥遥有期”地说最早2027年可以量产。

所以，关于它，或多或少有点“耳朵疲劳”。

实际应用层面，在电池龙头“宁王”都质疑的情况下，QuantumScape、丰田等企业隔段时间就发布下固态电池的进展，比如最近的丰田全固态电池将在2027年量产，电池的重量、尺寸和成本降低50%，充电10分钟续航1200公里，看起来更像是刷个存在感而已，给人以“理想魔幻，现实骨感”的感觉。

还有行业內很不好的风气在于，一直在打固态电池概念的擦边球，因为这个概念还算比较宽泛，沾点边的都算，比如蔚来讲的150kWh实际上是半固态的“固态电池”等等。

这里普及一下，依据电解质分类，电池可细分为液态(25wt%)、半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四大类，其中半固态、准固态和全固态三种，可以统称为固态电池。

不过，下半年开始，还是有两条比较重要的消息。其一，中国科技大学马骋教授团队开发出一种新型固态电解质——氧氯化锆锂。最惊人的，是据说该新型电解质综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。

除了马骋教授的研究结果，7月23日，丰田的御用合作伙伴日本东京工业大学等机构参与团队在美国《科学》杂志上发表论文表示，团队研发出一种高导电性的固态电解质“锂超离子导体”，用这种新型电解质使全固态锂电池特性有了显著提升。

只是，根据SNE research发布的报告，即使全固态电池到2030年量产，供应量也只会从2025年开始的0.2GWh增加到131GWh，市场渗透率也只有4%。

所以，就算丰田汽车不断宣布消息，如果无法躬身入局，实际上改变不了什么。

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氧氯化锆锂，向前一步

其实，SNE research是给全固态电池泼了一盆冷水。根据其7月25日发布的报告，到2030年全球液态锂离子电池供应量将从2023年的687GWh增加到2943GWh，增加4.3倍，占电池市场的95%以上。

其表示，到2030年即使全固态电池成功批量生产，除了4%的份额，成本问题仍然是最大的问题。

所以，这次马骋教授的研究结果鼓舞人心的地方在于，他的团队设计并合成氧氯化锆锂，这种材料具有很强的成本优势。通过优化的方法合成，氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元每公斤，远低于目前最具成本优势的固态电解质氯化锆锂（10.78美元每公斤）。

众所周知，为了满足实际应用需求，全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件：

1、高离子电导率（室温下超过1毫西门子/厘米）

2、良好的可变形性（250~350兆帕下实现90%以上致密）

3、足够低廉的成本（低于50美元/公斤）。

氧氯化锆锂的室温离子电导率高达2.42毫西门子/厘米，超过了所需的1毫西门子/厘米。与此同时，它良好的可变形性使材料在300兆帕压力下能达到94.2%致密，并且，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态电池，在12分钟快速充电的条件下，成功地在室温稳定循环2000圈以上。

2021年马骋教授团队曾报道过固态电解质氯化锆锂（Li2ZrCl6）。该种材料不含稀土元素或铟，因此原材料成本低于$50/kg。但该材料离子电导率较低，只有0.5毫西门子/厘米（mS cm-1）左右，无法满足离子传输效率上的要求。而今，终于有了氧氯化锆锂这种理想的材料。

而马骋教授论文的审稿人认为这一发现“很有新意和原创性”，并且认为氧氯化锆锂材料“很有前景”，“有益于固态电池技术的商业化”。

这次，看起来论文和实验室的结果很完美地解决了固态电解质的材料问题。不过，我的问题是，氧氯化锆锂这样的固态电解质材料，离量产有多远？

之前我写过几篇文章，论述了固态电池的常识性问题。

其中一个，就是为什么大家一窝蜂地研究全固态电池？当时，国轩高科的许巍博士告诉我，“那是因为实验室里面（流程）走通了。”换句话说，实验室里面实现了整个流程，经过多年研究，全固态电池已经能够以高电流密度进行放电。

另外，很重要的是，找到这种材料和量产应用这种材料，还是有相当距离的。毕竟，由于固态电解质难以兼顾性能和成本，量产仍面临巨大阻碍。

所以，值得注意的是，给中科大提供样品的上市公司三祥新材，对外界的回复称，“公司采用国内首创的沸腾氯化工艺生产氧氯化锆，设计产能可达10万吨，项目一期已全面投产。

公司有向中科大等科研团队提供公司样品，处于实验初步阶段，请注意投资风险。”

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材料级概念VS产品级概念

再来说说东京工业大学发布的公报。我们知道，丰田系的固态电池，是以硫化物固态电解质为研发方向的。

根据公报，团队以固态导体锂锗磷硫化物为基础，进行了“高熵化”设计改进，开发出在室温下离子电导率达32毫西门子/厘米的新材料。在零下50摄氏度至零上55摄氏度的温度范围内，新材料离子电导率为原锂锗磷硫化物导体的2.3至3.8倍。

公报说，研究人员制成了膜厚度达1毫米的钴酸锂正极（以这种新材料作为固态电解质），这种电极单位面积的容量可提升至迄今全固态电池最大值的1.8倍。报告称，“本项成果将为纯电动汽车、智能电网等领域使用的下一代蓄电设备的研发带来新方向。”

这个消息，和氧氯化锆锂能把成本降到4%的消息，听起来都是鼓舞人心，但什么时候能量产，都还不清楚。毕竟，从氯化锆锂到氧氯化锆锂这一小步，马骋教授的课题组已经走了两年。

此前，丰田表示，已经发现了克服全固态电池寿命较短这一课题的新技术，“我们的目标是彻底改变目前动力电池太大、太重和昂贵的局面。就潜力而言，我们的目标是将所有这些因素减半。”丰田碳中和研发中心的总裁Keiji Kaita说过。

不过，全球动力电池龙头宁德时代的首席科学家吴凯随后提出了质疑，其表示电池成本减半其实很难做到，即使固态电池完全不需要电解液和隔膜，成本也降不了一半。“所以我不知道他们成本减半的分母是什么，可能他们有一些‘独到之处’。”吴凯说。

实际上，目前产业链龙头的做法是，通过加速半固态电池的产业化进程，来推动半固态电池的技术进步和落地。比如，宁德时代推出凝聚态电池，比亚迪全路线布局，后续或升级固态+短刀+CTC体系，卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、辉能科技等技术优异企业，争相落地产能。

当然，从各种院士专家的角度来说，半固态都是过渡的办法。但是，半固态电池兼容现有工艺设备，对产业链冲击较小，通过减少电解液用量，使用聚合物+氧化物复合电解质，仍保留隔膜结构，负极升级为预锂化的硅基等材料，正极升级为高镍高电压、超高镍等材料的做法，能量密度可达350Wh/kg以上。

就拿动静比较大的得到上汽集团追加不超过27亿元投资的清陶能源来说，8月22日，上汽集团与清陶能源共同宣布，联合开发的第一代半固态电池已完成装车试验，单体能量密度达368Wh/kg，测试车辆续航里程达到1083公里，充电10分钟续航增加400公里，将于2024年在智己品牌的新车上实现量产。

成本方面，第一代半固态电池与液态电池成本相当。而据清陶能源的规划，下一代准固态电池（液态电解质＜5%）成本将比同等规格的磷酸铁锂或三元电池低10%-30%，2027年问世的第三代产品（全固态，注意这个2027年），成本将降低40%，不过产线70%以上是全新的，无疑会增加很大成本。

对于车企来说，检验电池的标准，在于能不能量产。一句话，够用、能用、好用就好。加上成本做得下来，是不是全固态电池有什么关系呢？

清陶能源总经理李峥还提到两个很有意思的概念，丰田讲的“充电10分钟1200公里”，是一个“材料级的概念”，只是一个材料学方面的比喻。而清陶介绍的明年上汽集团装车，“充电10分钟，在整车量级上实现400公里续航”，是“产品级的概念”，不能放在一起进行类比。

而说到炒“产品级概念”，就在最近，大众等投资的QuantumScape又放了颗“卫星”：计划在2023年开始试生产部分固态电池，预计2025年实现大规模量产。据说，QuantumScape的固态电池续航能够做到接近2000公里，15分钟充满80%的电量，电池100万公里以上。

就像之前说的，QuantumScape所谓的2000公里续航无实际意义，关键在于充电的基础设施。

我还是觉得，动力电池可能会止步于准固态（可实现400Wh/kg+），除了能量流动的物理常识，因为这时已经达到了技术和成本的最佳平衡。

王小西

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       原文标题 : 给固态电池泼一盆冷水