說起固態電池，就跟賈躍亭的“下周回國”一樣，過段時間就發布個消息，然后“遙遙有期”地說最早2027年可以量產。
所以，關于它，或多或少有點“耳朵疲勞”。
實際應用層面，在電池龍頭“寧王”都質疑的情況下，QuantumScape、豐田等企業隔段時間就發布下固態電池的進展，比如最近的豐田全固態電池將在2027年量產，電池的重量、尺寸和成本降低50%，充電10分鐘續航1200公里，看起來更像是刷個存在感而已，給人以“理想魔幻，現實骨感”的感覺。
還有行業內很不好的風氣在于，一直在打固態電池概念的擦邊球，因為這個概念還算比較寬泛，沾點邊的都算，比如蔚來講的150kWh實際上是半固態的“固態電池”等等。
這里普及一下，依據電解質分類，電池可細分為液態(25wt%)、半固態(5-10wt%)、準固態(0-5wt%)和全固態(0wt%)四大類，其中半固態、準固態和全固態三種，可以統稱為固態電池。
不過，下半年開始，還是有兩條比較重要的消息。其一，中國科技大學馬騁教授團隊開發出一種新型固態電解質——氧氯化鋯鋰。最驚人的，是據說該新型電解質綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相近，但成本不到后者的4%，適合進行產業化應用。
除了馬騁教授的研究結果，7月23日，豐田的御用合作伙伴日本東京工業大學等機構參與團隊在美國《科學》雜志上發表論文表示，團隊研發出一種高導電性的固態電解質“鋰超離子導體”，用這種新型電解質使全固態鋰電池特性有了顯著提升。
只是，根據SNE research發布的報告，即使全固態電池到2030年量產，供應量也只會從2025年開始的0.2GWh增加到131GWh，市場滲透率也只有4%。
所以，就算豐田汽車不斷宣布消息，如果無法躬身入局，實際上改變不了什么。
01
氧氯化鋯鋰，向前一步
其實，SNE research是給全固態電池潑了一盆冷水。根據其7月25日發布的報告，到2030年全球液態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。
其表示，到2030年即使全固態電池成功批量生產，除了4%的份額，成本問題仍然是最大的問題。
所以，這次馬騁教授的研究結果鼓舞人心的地方在于，他的團隊設計并合成氧氯化鋯鋰，這種材料具有很強的成本優勢。通過優化的方法合成，氧氯化鋯鋰的成本可以進一步降低到約7美元每公斤，遠低于目前最具成本優勢的固態電解質氯化鋯鋰（10.78美元每公斤）。
眾所周知，為了滿足實際應用需求，全固態鋰電池的固態電解質至少需要同時具備三個條件：
1、高離子電導率（室溫下超過1毫西門子/厘米）
2、良好的可變形性（250~350兆帕下實現90%以上致密）
3、足夠低廉的成本（低于50美元/公斤）。
氧氯化鋯鋰的室溫離子電導率高達2.42毫西門子/厘米，超過了所需的1毫西門子/厘米。與此同時，它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達到94.2%致密，并且，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態電池，在12分鐘快速充電的條件下，成功地在室溫穩定循環2000圈以上。
2021年馬騁教授團隊曾報道過固態電解質氯化鋯鋰（Li2ZrCl6）。該種材料不含稀土元素或銦，因此原材料成本低于$50/kg。但該材料離子電導率較低，只有0.5毫西門子/厘米（mS cm-1）左右，無法滿足離子傳輸效率上的要求。而今，終于有了氧氯化鋯鋰這種理想的材料。
而馬騁教授論文的審稿人認為這一發現“很有新意和原創性”，并且認為氧氯化鋯鋰材料“很有前景”，“有益于固態電池技術的商業化”。
這次，看起來論文和實驗室的結果很完美地解決了固態電解質的材料問題。不過，我的問題是，氧氯化鋯鋰這樣的固態電解質材料，離量產有多遠？
之前我寫過幾篇文章，論述了固態電池的常識性問題。
其中一個，就是為什么大家一窩蜂地研究全固態電池？當時，國軒高科的許巍博士告訴我，“那是因為實驗室里面（流程）走通了?！睋Q句話說，實驗室里面實現了整個流程，經過多年研究，全固態電池已經能夠以高電流密度進行放電。
另外，很重要的是，找到這種材料和量產應用這種材料，還是有相當距離的。畢竟，由于固態電解質難以兼顧性能和成本，量產仍面臨巨大阻礙。
所以，值得注意的是，給中科大提供樣品的上市公司三祥新材，對外界的回復稱，“公司采用國內首創的沸騰氯化工藝生產氧氯化鋯，設計產能可達10萬噸，項目一期已全面投產。
公司有向中科大等科研團隊提供公司樣品，處于實驗初步階段，請注意投資風險。”
02
材料級概念VS產品級概念
再來說說東京工業大學發布的公報。我們知道，豐田系的固態電池，是以硫化物固態電解質為研發方向的。
根據公報，團隊以固態導體鋰鍺磷硫化物為基礎，進行了“高熵化”設計改進，開發出在室溫下離子電導率達32毫西門子/厘米的新材料。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。
公報說，研究人員制成了膜厚度達1毫米的鈷酸鋰正極（以這種新材料作為固態電解質），這種電極單位面積的容量可提升至迄今全固態電池最大值的1.8倍。報告稱，“本項成果將為純電動汽車、智能電網等領域使用的下一代蓄電設備的研發帶來新方向?！?
這個消息，和氧氯化鋯鋰能把成本降到4%的消息，聽起來都是鼓舞人心，但什么時候能量產，都還不清楚。畢竟，從氯化鋯鋰到氧氯化鋯鋰這一小步，馬騁教授的課題組已經走了兩年。
此前，豐田表示，已經發現了克服全固態電池壽命較短這一課題的新技術，“我們的目標是徹底改變目前動力電池太大、太重和昂貴的局面。就潛力而言，我們的目標是將所有這些因素減半?！必S田碳中和研發中心的總裁Keiji Kaita說過。
不過，全球動力電池龍頭寧德時代的首席科學家吳凱隨后提出了質疑，其表示電池成本減半其實很難做到，即使固態電池完全不需要電解液和隔膜，成本也降不了一半?！八晕也恢浪麄兂杀緶p半的分母是什么，可能他們有一些‘獨到之處’?！眳莿P說。
實際上，目前產業鏈龍頭的做法是，通過加速半固態電池的產業化進程，來推動半固態電池的技術進步和落地。比如，寧德時代推出凝聚態電池，比亞迪全路線布局，后續或升級固態+短刀+CTC體系，衛藍新能源、清陶能源、贛鋒鋰業、輝能科技等技術優異企業，爭相落地產能。
當然，從各種院士專家的角度來說，半固態都是過渡的辦法。但是，半固態電池兼容現有工藝設備，對產業鏈沖擊較小，通過減少電解液用量，使用聚合物+氧化物復合電解質，仍保留隔膜結構，負極升級為預鋰化的硅基等材料，正極升級為高鎳高電壓、超高鎳等材料的做法，能量密度可達350Wh/kg以上。
就拿動靜比較大的得到上汽集團追加不超過27億元投資的清陶能源來說，8月22日，上汽集團與清陶能源共同宣布，聯合開發的第一代半固態電池已完成裝車試驗，單體能量密度達368Wh/kg，測試車輛續航里程達到1083公里，充電10分鐘續航增加400公里，將于2024年在智己品牌的新車上實現量產。
成本方面，第一代半固態電池與液態電池成本相當。而據清陶能源的規劃，下一代準固態電池（液態電解質＜5%）成本將比同等規格的磷酸鐵鋰或三元電池低10%-30%，2027年問世的第三代產品（全固態，注意這個2027年），成本將降低40%，不過產線70%以上是全新的，無疑會增加很大成本。
對于車企來說，檢驗電池的標準，在于能不能量產。一句話，夠用、能用、好用就好。加上成本做得下來，是不是全固態電池有什么關系呢？
清陶能源總經理李崢還提到兩個很有意思的概念，豐田講的“充電10分鐘1200公里”，是一個“材料級的概念”，只是一個材料學方面的比喻。而清陶介紹的明年上汽集團裝車，“充電10分鐘，在整車量級上實現400公里續航”，是“產品級的概念”，不能放在一起進行類比。
而說到炒“產品級概念”，就在最近，大眾等投資的QuantumScape又放了顆“衛星”：計劃在2023年開始試生產部分固態電池，預計2025年實現大規模量產。據說，QuantumScape的固態電池續航能夠做到接近2000公里，15分鐘充滿80%的電量，電池100萬公里以上。
就像之前說的，QuantumScape所謂的2000公里續航無實際意義，關鍵在于充電的基礎設施。
我還是覺得，動力電池可能會止步于準固態（可實現400Wh/kg+），除了能量流動的物理常識，因為這時已經達到了技術和成本的最佳平衡。