这个月，随着丰田汽车宣布不含液态电解液的全固态电池将在2027年量产装车，充电10分钟续航1200公里的消息，全固态电池的概念又开始掀起热浪。
然而，日前全球知名机构咨询机构SNE research却给全固态电池泼了一盆冷水。其表示，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。
根据SNE research7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，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。
与锂离子电池或锂聚合物电池中使用的液体或聚合物凝胶电解质相比，全固态电池使用固体电极和固体电解质。
SNE research承认，全固态电池的爆炸和起火的可能性显著降低，安全性优秀，能够实现高能量密度。因此，电池企业正在继续对全固态电池进行研究，各国政府也计划为开发全固态电池提供经费、税收支持、金融支持等。但是，全固态电池实际上要到2030年才能得到电动汽车的实证。
不仅如此，在技术层面，全固态电池具有界面电阻较高、离子电导率较低等问题，要解决这些问题并达到量产，因此需要解决的课题非常多。另外，由于电池主要材料是高价金属，因此很难确保电池的成本竞争力，因此量产的可能性很低。
具体来看，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，产业链的相关企业都在努力将降低成本作为最优先课题。
因此，SNE research表示，全球动力电池市场将长期以液态锂离子电池为主。
此前的7月初，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。这被认为是丰田向电动汽车(EV)过渡的重大突破。
“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。”这家日本汽车公司碳中和研发中心的总裁Keiji Kaita说。
此前，全固态电池寿命较短是核心课题。固体电解质随着电池的充放电反复膨胀和收缩，可能会引发龟裂。丰田表示，已经发现了克服这一课题的新技术。今后，在核算成本后，固态电池将全面进入面向量产研发的阶段。
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。
中银证券最新研报指出，固态电解质是全固态电池中最为关键的组件，其技术路线可分为聚合物、氧化物、有机-无机复合、硫化物等。聚合物固态电解质发展较早，已在部分领域实现应用，但其在室温下离子电导率低，升温后离子电导率提升但存在消耗能量和增加成本的问题。
氧化物固态电解质综合性能好，制约其发展的重要因素是电解质和电极之间界面阻抗较大，界面反应造成电池容量衰减；硫化物固态电解质与锂电极的界面稳定性较差，但由于离子电导率极高、电化学稳定窗口较宽，受到了众多企业的青睐。
有机—无机复合电解质结合聚合物和无机电解质的优点，近几年在性能研究方面取得了较大的进步，产业化进展较快。
据了解，目前松下、本田、丰田、三星、宝马、宁德时代都选择的是硫化物固态电解质路线。其中宁德时代已经基于界面力学增强技术和双向导通网络技术构建了长寿命全固态锂金属电池，全固态电池3C倍率循环能够达到6000次。
近期学界在固态电解质的研究接连突破
虽然对于全固态电池的未来，业内仍然众说纷纭，但值得注意的是，近日学界接连发布了关于固态电池的固态电解质在离子电导率和成本方面的重大突破。
7月23日，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。
东京工业大学近日发布公报说，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，以这种新材料作为固态电解质，研究人员制成了膜厚度达1毫米的钴酸锂正极，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。
而就在6月27日，国际著名学术期刊《自然·通讯》上也发表了中国科学技术大学马骋教授关于全固态电池的固态电解质最新研究成果。
此次研究中，马骋团队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。这种材料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，很好地满足了上述50美元每公斤的要求。而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%。
在具备极强成本优势的同时，氧氯化锆锂的综合性能与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）。
图片来源：中国科学技术大学网站
实验证明，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂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稳定循环2000圈以上。
研究人员介绍，氧氯化锆锂能以目前最低的成本实现和当下最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近的性能，对全固态锂电池的产业化具有重大意义。
不过有业内人士指出，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。
