【原创】全固态电池到2030年能量产吗？如果量产，市场渗透率有多少？

中国粉体网讯  7月25日，全球知名咨询机构SNE research发布了一份报告，到2030年，液态锂离子电池在动力电池的市场仍将占据绝对优势，即使全固态电池成功批量生产，由于成本问题很难解决，市场渗透率也会非常低。

来源：SNE research

SNE research表示，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，全固态电池的供应量则会从2025年开始的0.2GWh，增加到131GWh，市场渗透率将达到4%左右。

首先，我们先来讨论一下2030年全固态电池到底能不能量产？

固态电池，即使用固体电解质，代替液体或聚合物凝胶电解质的电池。由于固态电池的固/固界面问题迟迟得不到解决，有些人退而求其次，把半固态电池、准固态电池、全固态电池统称为固态电池。对此，小编不敢苟同，一直认为这只是某些无良商家虚假宣传，搞噱头时才会有的说辞。

在人们的想象中，锂离子电池会沿着液态锂离子电池→半固态电池→准固态电池→全固态电池的路线发展。

液态锂离子电池目前已经很成熟了，那就先说说半固态电池。提到半固态电池，则不得不提一下蔚来。

早在2020 NIO Day上，蔚来便正式发布了续航超1000km、采用固液混合电解质的150kWh电池包。按照计划，由卫蓝新能源提供电芯单体的半固态电池包将于2022年第四季度开始装车交付。然而，时至今日，这一彼时曾引发业界对其电芯供应商和具体技术细节猜测的电池包，依然“只闻其声”。

来源：蔚来

“150度电池包的研发和验证比预计时间要长，预计的（今年）7月底还要再稍等。”在7月20日的Power Day 2023上，蔚来汽车总裁秦力洪再次推迟了这一电池包的上车时间。当然，这不是蔚来第一次做出推迟的决定。

不过在蔚来旋转跳跃的时候，有一家车企将半固态电池装上了车，那就是岚图汽车旗下的岚图追光。

来源：岚图汽车

但是翻开岚图追光官网的配置表，小编发现这所谓的半固态电池好像看起来怪怪的。岚图追光一共有三个配置，前两款车型CLTC续航里程为580km，使用的半固态电池，电量为82.11kWh，能量密度为170Wh/kg；另一款车型CLTC续航为730km，搭载的是岚图自研的云母电池（即常规三元锂液态电解质电池），电量为108.73kWh，能量密度为212Wh/kg。

来源：岚图汽车

不是说好了搞半固态电池是提高电池能量密度，增加电车续航的嘛！到底是半固态电池不行，还是岚图的半固态电池不行，还是说半固态电池背后的孚能科技不行？要知道，在蔚来的PPT里，半固态电池可是有150kWh的电量以及1000km+的续航呢！

难道半固态电池两大显著特点-高安全性+高能量密度，孚能科技只要了安全性？不是说小孩子才做选择，成年人全都要的嘛！

再来说说全固态电池的发展，为什么不说准固态电池呢？这个新名字也不知道哪个神仙起的，自欺欺人，不就是液态电解质更少了点嘛，不还是半固态电池嘛！

要说全固态电池最活跃的一份子，丰田汽车当仁不让。

在7月4日的时候，据英国《金融时报》报道，丰田公司表示，已经开发出一种新的全固态电池技术，可以将电动汽车电池的重量、尺寸和成本降低50%，电池可在大约10分钟内快速充电，续航里程1200公里。

来源：丰田中国

丰田公司的消息一出，国内互联网上各种神仙一片哀嚎，各种威胁论，中国在电动车领域布局这么多年，这是要被日本弯道超车了吗？

神仙讲鬼话，哗众取宠暂且不管。丰田公司其实从2008年就开始牵头研发固态电池，前前后后签署合作伙伴有七八家，截至2022年专利累积到1300多项，相当于排名2-5名（松下、出光兴产、三星、村田）之和。事实上，专利个数排名前10的，全是日韩企业。

而后面丰田公司在固态电池的量产上接连跳票。2017年丰田汽车曾表示将在东京奥运会上展示固态电池技术，但因技术挑战，被迫推迟到2025年量产；时至2021年又表示量产计划推迟至2027年。最近的口风是，2025年前丰田的全固态电池将实现小规模量产，首先搭载在混动车型上；预计将在2027年开始为电动汽车生产固态电池，在2027年至2028年逐步实现固态电池的规模化生产，到2030年前丰田全固态电池要实现持续、稳定生产。

其实对于2030年这个年份，小编一直认为这只是一种托词，不必太在意。丰田也好，日产也好，当然我国企业也好，2030只是个希冀而已，它只是表明有些企业在巨额投入之后，不甘心破罐子破摔，已经将全固态电池视作技术储备，判定暂时很难兑现商业价值。反正2030之后还有2035，还有2040。

小编认为，2030年压根就谈不上全固态电池的量产，充其量也就是在一些特定区域的示范应用或者小批量应用。SNE research在报告中，就2030年全固态电池的量产问题，也是用到了“即使”两个字，说明对于这个时间节点，SNE research也不是很看好。

经历了一番无业绩的无脑炒作以后，目前很多投资者已经开始看空全固态电池。大众汽车和比尔·盖茨个人联合投资的初创公司Quantum Scape在2020年上市，上市前已经验证了单层电池在常温加压下，1C速率循环充放1000次，还能保持初始电量的90%。当时开的“支票”，也是2025年投产（与大众汽车合资）。当时Quantum Scape股价高达132美元，后来急速下滑，最低时跌到不足6美元，公司开始裁员。二级市场的投资者似乎对固态电池和该公司的前景丧失了大部分信心。

更有甚者，美国电动车生产商Fisker，已经宣布放弃固态电池研发计划，而2018年的时候，该公司是对该技术最积极的公司之一。该公司创始人表示：“固态电池是一种这样的技术，当你觉得你已经完成了90%，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”

然后再说成本问题

目前锂离子电池的电解液价格在全球的平均水平为9美元/kg，而全固态电池中最有前途的硫化物固体电解质的主要原料Li2S为1500-2000美元/kg，是锂离子电池电解液的200倍以上，且远高于全固态电池可商业化的50美元/kg的阈值，产业链的相关企业都在努力将降低成本作为最优先课题。

不久前，中国科学技术大学马骋教授课题组开发了一种氧氯化物固态电解质Li1.75ZrCl4.75O0.5，很好的满足了离子电导率、可变形性和成本竞争力这三个条件。Li1.75ZrCl4.75O0.5在室温下表现出高达2.42mS/cm的离子电导率，超过了大多数卤化物固态电解质，即便和硫化物固态电解质相比也并不逊色。与此同时，该材料还具有良好的可变形性，在300 MPa冷压之后的相对密度高达94.2%，超过了目前常见的以良好可变形性著称的Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li2ZrCl6、Li3InCl6等固态电解质。除此之外，由于作为原料的LiCl、LiOH·H2O、ZrCl4价格低廉，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本仅$11.60/kg。而如果使用更为廉价的ZrOCl2·8H2O、LiCl、ZrCl4合成，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本还可以进一步降低。

来源：Nature Communications

该成果6月27日以《A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries》为题发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。

来源：Nature Communications

似乎是作为丰田公司上述消息的“助攻”，在科研领域，日本东京工业大学等机构参与团队7月23日在《Science》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。团队以固态导体锂锗磷硫化物为基础，尝试最大限度发挥其离子导电性能。他们对锂锗磷硫化物进行了“高熵化”设计改进，开发出在室温下离子电导率达32mS/cm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。此外，研究团队改良了制造工艺，负极采用锂金属代替传统的石墨，使得正极容量按单位电极面积计算较当前提高1.8倍。试制的全固态电池每平方厘米电极的电池容量超过20mA，这也是全球目前公布的最高水平。

来源：Science

不过，中国科学技术大学的研究也好，日本东京工业大学的研究也好，对于全固态电池而言，这仅是固态电解质成本的降低，正负极材料依然占据了电池成本的六七成，且目前这些成果仍然还在实验室阶段。

所以对于丰田公司所谓的成本减半，小编觉得就目前而言，简直是痴人说梦（后来，英国《金融时报》发布文章没几天就被英国政府勒令删除，理由是涉嫌虚假宣传）。即使固态电池完全不需要电解液和隔膜，固态电解质成本为零，电池总成本也降不了一半。而且除了材料成本，电池包上车成本还包括生产工艺、整体生产效率、产品良率等构成，蔚来辛辛苦苦PPT了三年的150度半固态电池包迟迟不上车也是因为成本原因。蔚来总裁秦力洪声称，150度半固态电池包的成本很高，相当于一辆ET5的整车价格（注：约30万元）。

全固态电池不是必选项

尽管全固态电池的商业化面临重重困难，但业界依然看好这一具备更高能量密度、更高安全性、更长循环寿命和更好低温性能等性能优势的新生事物。

不过全固态电池到底是不是必选项呢？

一方面，全固态电池更安全这个说法根本靠不住，因为它更容易产生“锂枝晶”，导致内短路。根据美国能源部国家实验室研究结果表明，短路的全固态电池具有比传统锂离子电池高得多的温度，而且这还是利用氧化物固态电解质的研究结果，硫化物固体电解质具有极高的反应活性、强腐蚀性、空气不稳定性等特点，安全性更有待考量。  

另外一方面，其高能量密度的认知也有待商榷，真正对全固态电池能量密度起作用的是硅负极或者锂金属负极。相反，因为固态电解质电导率太低，Quantum Scape不得不掺入氧化物和凝胶电解质，这其实就是半固态。并且，当前发展迅速的高压快充，正在降低能量密度的重要性。

综合考量，如今全固态电池这个曾被万众期待的终极电池技术，已经难再撑得起燃油车“终结者”、锂电“圣杯”的名号，看起来越来越像《三体》中“智子锁死”后的一场梦。

参考资料：

1、澎湃新闻，《SNEresearch：即使全固态电池到2030年量产，市场渗透率也只有4%》

2、能源学人，《马骋团队Nat. Commun.：新型固态电解质的电导率、可变形性和性价比“三驾马车”拉动全固态电池实用化》

3、财联社，《容量更大、充电速度倍增、成本骤降，学界频放利好 固态电池商业化迎来“春天”？》

4、金台资讯，《固态电池，“道阻且长” “替补”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、汽车公社，《“智子锁死”固态电池？》

（中国粉体网编辑整理/长安）

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