磷酸锰铁锂、钠离子电池、复合集流体作为动力电池领域
2023
年最重要的技术创新成果，均已经实现了产业化。
而遥看星辰，作为下一代电池重要技术路线之一的半固态、全固态电池技术，在技术、市场的推动下，其产业化也正在临近。
近期，有关半固态、固态电池的消息日益增多，而从市场动作来看，基于该技术的产品装车也已经有了时间表。
日前，三星
SDI
社长透露，“今年，我们已经完成了全固态电池中试线的建设，准备在下半年生产样机。”他还指出，“我们正在为下一代电池产品的开发和量产做准备，包括完成直径
46
毫米圆柱形电池的‘
M
线’。”
去年
7
月，蜂巢能源透露，该公司已经研发出国内首批
20Ah
级硫系全固态原型电芯。该电芯的能量密度高达
350~400Wh/kg
，比锂离子电池高出
30%
以上，并已顺利通过针刺、
200
℃热箱等试验测试。
上个月，丰田汽车对外表示，该公司拟于
2027
年向市场投放配备
“
全固态电池
”
的纯电动汽车。
国内方面，近日，上汽集团也对外表示，拟向清陶能源追加投资近
27
亿元，深化布局固态电池技术。根据上汽集团的规划，
2024
年上汽集团旗下智己汽车将推出搭载固态电池的高性能、长续航车型，并率先实现规模化量产；
2025
年上汽集团旗下飞凡、荣威、
MG
名爵等品牌也将推出固态电池相关车型，计划在
2025
年其固态电池车型销量将突破
10
万辆。
在通往固态电池这一技术之巅上，中国科研院所也有好消息传来。
据中国科学技术大学消息，近日，该校马骋教授研发出一种
新型固态电解质，
据报道
其综合性能和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%
，
很适合产业化应用
。
该成果以“
A cost-effective, ionically conductive and
compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state
lithium-based batteries
”为题发表在国际著名学术期刊《
Nature Communications
》上。
资料显示，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：
-
高离子电导率
（室温下超过
1
毫西门子每厘米）；
-
良好的可变形性
（
250-350
兆帕下实现
90%
以上致密）；
-
值得注意的是，目前被广泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固态电解质，以现有技术都无法同时满足这些条件。比如，氧化物作为脆性陶瓷，普遍不具备可变形性；硫化物和大部分氯化物则成本高昂，至少在
200
美元每公斤的量级。中国科学技术大学消息指出，这些材料中唯一的例外是氯化锆锂，但是它的离子电导率却远低于
1
毫西门子每厘米。
来源：中国科技大学官网
此次研究中，马骋教授不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一种，而是转向氧氯化物，设计并合成了一种
新型固态电解质——
氧氯化锆锂
。
据介绍，新型固态电解质氧氯化锆锂具有很强的成本优势。如果以水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆进行合成，它的原材料成本仅为
11.6
美元每公斤，远低于
50
美元每公斤的成本要求；如果以水合氧氯化锆、氯化锂、氯化锆进行合成，
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）
，并且
不到硫化物和稀土基、铟基氯化物固态电解质的
4%
。
当前，固态电池产业化除了技术难点外，成本也是一道难以跨越的坎。据测算，仅目前接近产业化的半固态电池成本，就已远高于商用化的液态电池成本。
今年
5
月，蔚来新一代
ES6
正式上市，在发布会上，蔚来董事长李斌介绍称，基于半固态电池的蔚来
150kWh
电池包将于今年
7
月上线，并搭载到
ES6
车型上，
CLTC
纯电续航达到了
930
公里，同时该电池包支持换电。
蔚来联合创始人、总裁秦力洪表示，
150kWh
电池包成本很高，相当于一辆
ET5
（
75kWh
电池版整车
32.8
万元，电池租赁版
25.8
万元）。
根据测算，以
NCM811
液态电芯和
NCM811
半固态电芯为例，半固态电芯成本相比液态电芯成本增加约
80%
。其中，固态电解质成本是主要新增成本，也是半固态电池中的主要成本，占比约
50%
。由于电解质材料变化、生产工艺改变、产品质量控制经验不足导致的工程验证周期长等因素，都会使得全固态电池比半固态电池成本更高。
据中国科技大学介绍，除了极强的成本优势，氧氯化锆锂的综合性能和目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。它的
室温离子电导率高达
2.42
毫西门子每厘米，超过了应用所需要的
1
毫西门子每厘米。
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，也超过应用所需要的水平（
250-350
兆帕下
90%
以上致密）。
此外，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态电池展示了极为优异的性能：
在
12
分钟快速充电的条件下，该电池仍然成功地在室温环境下稳定循环
2000
圈以上。
氧氯化锆锂的发现，使固态电解质在性能、成本上“鱼与熊掌”兼得，
如果该材料和技术得以快速产业化，对全固态锂电池装车将具有重大意义。
相较于全固态电池，今年以来，半固态电池消息更为热闹，且产业化已经到来。
6
月
30
日，卫蓝新能源历时两年多开发的
360Wh/kg
半固态电池正式交付给蔚来，并将于
7
月配套装车到蔚来
ES6
车型上；
孚能科技透露，今年
5
月，该公司自主研发的第一代半固态电池已顺利量产装车，电池的安全性能和单体电芯能量密度得到提升。
而在今年
4
月，宁德时代发布了凝聚态电池（
Condensed Battery
），单体能量密度最高可达
500Wh/kg
，兼具高能量密度和高安全的特性，并且其乘用车用的凝聚态电池（据报道能量密度在
300Wh/kg
左右）今年将具备量产能力；同月，亿纬锂能表示，该公司基于
50Ah
的固液混合半固态体系软包电池，可实现
330Wh/Kg
的能量密度，超过
1000
次的循环寿命，使用温度可拓展到
-20
℃
-80
℃，目前已完成设计定型，并装车验证中。
需要指出的是，一种新技术、新材料从实验室走向产业化往往需要数年的时间，需要整个产业链的持续投入。基于氧氯化锆锂的全新固态电解质在技术理论层面已经有了质的突破，而这一技术的出现相信会成为业界努力的方向之一，而能否快速产业化仍有待持续观察。但半固态、全固态作为动力、储能电池的方向，在市场倒逼下，相信其产业化进程会加速到来。
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