固態電池產業化成本重大突破！全新固態電解質成本不足傳統材料的4% 當前熱議

磷酸錳鐵鋰、鈉離子電池、復合集流體作為動力電池領域2023年最重要的技術創新成果，均已經實現了產業化。而遙看星辰，作為下一代電池重要技術路線之一的半固態、全固態電池技術，在技術、市場的推動下，其產業化也正在臨近。

近期，有關半固態、固態電池的消息日益增多，而從市場動作來看，基于該技術的產品裝車也已經有了時間表。

日前，三星SDI社長透露，“今年，我們已經完成了全固態電池中試線的建設，準備在下半年生產樣機?！彼€指出，“我們正在為下一代電池產品的開發和量產做準備，包括完成直徑46毫米圓柱形電池的‘M線’?！?/p>

(資料圖片僅供參考)

去年7月，蜂巢能源透露，該公司已經研發出國內首批20Ah級硫系全固態原型電芯。該電芯的能量密度高達350~400Wh/kg，比鋰離子電池高出30%以上，并已順利通過針刺、200℃熱箱等試驗測試。

上個月，豐田汽車對外表示，該公司擬于2027年向市場投放配備“全固態電池”的純電動汽車。

國內方面，近日，上汽集團也對外表示，擬向清陶能源追加投資近27億元，深化布局固態電池技術。根據上汽集團的規劃，2024年上汽集團旗下智己汽車將推出搭載固態電池的高性能、長續航車型，并率先實現規?；慨a；2025年上汽集團旗下飛凡、榮威、MG名爵等品牌也將推出固態電池相關車型，計劃在2025年其固態電池車型銷量將突破10萬輛。

在通往固態電池這一技術之巔上，中國科研院所也有好消息傳來。

近日，該校馬騁教授研發出一種新型固態電解質，據報道其綜合性能和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%，很適合產業化應用。該成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”為題發表在國際著名學術期刊《Nature Communications》上。

資料顯示，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：高離子電導率（室溫下超過1毫西門子每厘米）；良好的可變形性（250-350兆帕下實現90%以上致密）；足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）。

值得注意的是，目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態電解質，以現有技術都無法同時滿足這些條件。比如，氧化物作為脆性陶瓷，普遍不具備可變形性；硫化物和大部分氯化物則成本高昂，至少在200美元每公斤的量級。中國科學技術大學消息指出，這些材料中唯一的例外是氯化鋯鋰，但是它的離子電導率卻遠低于1毫西門子每厘米。

圖片來源：中國科技大學官網

此次研究中，馬騁教授不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一種，而是轉向氧氯化物，設計并合成了一種新型固態電解質——氧氯化鋯鋰。

據介紹，新型固態電解質氧氯化鋯鋰具有很強的成本優勢。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰、氯化鋯進行合成，它的原材料成本僅為11.6美元每公斤，遠低于50美元每公斤的成本要求；如果以水合氧氯化鋯、氯化鋰、氯化鋯進行合成，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），并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態電解質的4%。

當前，固態電池產業化除了技術難點外，成本也是一道難以跨越的坎。據測算，僅目前接近產業化的半固態電池成本，就已遠高于商用化的液態電池成本。

今年5月，蔚來新一代ES6正式上市，在發布會上，蔚來董事長李斌介紹稱，基于半固態電池的蔚來150kWh電池包將于今年7月上線，并搭載到ES6車型上，CLTC純電續航達到了930公里，同時該電池包支持換電。

蔚來聯合創始人、總裁秦力洪表示，150kWh電池包成本很高，相當于一輛ET5（75kWh電池版整車32.8萬元，電池租賃版25.8萬元）。

根據測算，以NCM811液態電芯和NCM811半固態電芯為例，半固態電芯成本相比液態電芯成本增加約80%。其中，固態電解質成本是主要新增成本，也是半固態電池中的主要成本，占比約50%。由于電解質材料變化、生產工藝改變、產品質量控制經驗不足導致的工程驗證周期長等因素，都會使得全固態電池比半固態電池成本更高。

據中國科技大學介紹，除了極強的成本優勢，氧氯化鋯鋰的綜合性能和目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相當。它的室溫離子電導率高達2.42毫西門子每厘米，超過了應用所需要的1毫西門子每厘米。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，也超過應用所需要的水平（250-350兆帕下90%以上致密）。

此外，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態電池展示了極為優異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫環境下穩定循環2000圈以上。

氧氯化鋯鋰的發現，使固態電解質在性能、成本上“魚與熊掌”兼得，如果該材料和技術得以快速產業化，對全固態鋰電池裝車將具有重大意義。

相較于全固態電池，今年以來，半固態電池消息更為熱鬧，且產業化已經到來。6月30日，衛藍新能源歷時兩年多開發的360Wh/kg半固態電池正式交付給蔚來，并將于7月配套裝車到蔚來ES6車型上；孚能科技透露，今年5月，該公司自主研發的第一代半固態電池已順利量產裝車，電池的安全性能和單體電芯能量密度得到提升。

而在今年4月，寧德時代發布了凝聚態電池（Condensed Battery），單體能量密度最高可達500Wh/kg，兼具高能量密度和高安全的特性，并且其乘用車用的凝聚態電池（據報道能量密度在300Wh/kg左右）今年將具備量產能力；同月，億緯鋰能表示，該公司基于50Ah的固液混合半固態體系軟包電池，可實現330Wh/Kg的能量密度，超過1000次的循環壽命，使用溫度可拓展到-20℃-80℃，目前已完成設計定型，并裝車驗證中。

需要指出的是，一種新技術、新材料從實驗室走向產業化往往需要數年的時間，需要整個產業鏈的持續投入?；谘趼然嗕嚨娜鹿虘B電解質在技術理論層面已經有了質的突破，而這一技術的出現相信會成為業界努力的方向之一，而能否快速產業化仍有待持續觀察。但半固態、全固態作為動力、儲能電池的方向，在市場倒逼下，相信其產業化進程會加速到來。

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