近期中国研发人员开发出来的氧氯化锆锂，或许对于固态电池产业化，彻底解决 新能源 电池续航焦虑，带来些许微光。
作者 | 云柯
编辑 | 布鲁斯
目前，里程焦虑仍然是全球 新能源车 完全替代燃油车的最大“拦路虎”。
虽然当下各种车厂发布了超充技术，比如，特斯拉(NASDAQ：TSLA)超级充电桩v4，小鹏（NYSE：XPEV）的超级充电桩s4，但这些超级充电桩不但充电价格贵，且覆盖范围也不够广，只有高能量密度的电池，才能彻底解决续航焦虑的问题。
从最新的信息来看，过去几年中日韩欧都在聚焦于研发能量密度更高的固态电池。以电解质划分中国、日韩和欧洲分别选择了三种不同的技术路径：
欧洲：主要聚焦于以聚合物（电导率约为10-7-10-5S/cm）作为固态电池的电解质。但由于聚合物电导率太低的原因，欧洲量产的固态电池，在相同电池容量下，实际续航还不如液态锂电池。
日韩：主要聚焦于以硫化物（电导率约为10-3-10-2S/cm）作为电解质，该材料拥有理想的电导率，但由于制作工艺复杂，以及材料中含有稀有金属，导致迟迟不能商业化。
中国：主要聚焦于以氧化物（电导率约10-6-10-3S/cm）作为电解质，该材料由于自身坚硬、孔隙率高，容易导电离子传输通道的不畅，以目前的技术只能加入电解液做成半固态电池，但这会降低电池的能量密度。
这也导致以氧化物做出的半固态电池，虽然已经在蔚来(HK：09866)、东风(SH：600006)的高端车型搭载，但由于性价比并不突出依然没有大面积量产。
跳出这三种主流的技术路线来看，近期我国中科大学者研发出来了氧氯化锆锂，该材料在离子电导率、可变形性、成本方面，都要优秀于氧化物和硫化物。
氧氯化锆锂的问世，或许为行业提供了一个全新的、跳出框架的解决方案。
01
欧洲固态电池：起个大早，赶个晚集
欧洲新能源企业主要以聚合物作为电解质，来推动固态电池的研发，代表性企业有法国的博洛雷集团。
2011 年，作为世界上第一个采用固态电池的电动汽车项目运营商博洛雷集团，推出了自主研发的电动车Bluecar。博洛雷集团推出的这款电动车搭载了子公司Batscap生产的30kWh金属锂聚合物固态电池，续航为120km。
这里需要注意的是，博洛雷集团搭载的这款金属锂聚合物固态电池，30kWh的电池容量，续航仅为120km。反观，特斯拉的model3搭载60kWh的液态电池，实际续航则可以超过400km。
换算过来后，搭载30kWh液态电池的特斯拉model，实际续航可以超过200km，明显强于博洛雷Bluecar。
搭载同样容量的电池，Bluecar续航大幅弱于特斯拉的核心原因是：以聚合物作为电解质的固态电池，电导率太低。
这也是为什么欧洲最早量产了固态电池，到现在却没有大面积铺开的核心原因。遇到瓶颈后，欧洲其它核心新能源企业选择另辟蹊径：采取世界先进固态电池企业的方式，以期在未来的汽车动力电池领域保持 竞争优势 。
比如，大众汽车深度投资了在 美股 上市的固态电池企QuantumScape(NYSE:QS)。早在2014年末，大众汽车就已经持有QS5%的股份；2018年、2020年大众集团分两次又向QS投资了3亿美元，成为该公司最大股东。
与此同时，两家公司还成立了合资公司，目标是在2025年建成一条固态电池生产线。
在大量的资金投入下，QuantumScape的技术一直在突破。比如，之前QS单层电池在室温加压的情况下，以1C的速率充放电循环1000次后还可以保持初始储能量的90%，现在在同样条件下它们的多层电池，充放电循环800次后依然可以保持储能量的90%。
QuantumScape申请的与固态电池相关的专利技术（图片来源：知产宝）
不过，至今QS并没有落地量产的电池，而其他竞品的固态电池却已经逐渐量产，导致其压力越来越大。
目前来看，虽然欧洲将固态电池最早实现了商业化，但由于聚合物电导率太低，以及投资的公司最终能否大面积商业化依然存在不确定性，使其在固态电池领域的发展非常缓慢。
02
日韩固态电池：前景好，但量产最难
硫化物作为曾经固态电池中最有前景的电解质，拥有最高的电导率、可塑性等优势。
不过，以硫化物作为电解质的技术路线生产工艺要更复杂。比如，在制备工艺方面，硫化物容易与空气中的水、氧气反应产生硫化氢剧毒气体。要解决这个问题，就会增加工艺，增加成本。
日韩新能源企业为了实现弯道超车，普遍更青睐用硫化物作为电解质。而技术工艺的复杂性，使得日韩企业不得不加大在固态电池领域的研究，同时也使其积累了大量的技术专利。
据日经中文网联合专利调查公司Patent Result披露的数据，从2000年至2022年3月底各家动力电池企业公开的固态电池专利数量来看，首位是丰田，达到1331件；第2位是松下控股，445件；第3位是出光兴产，272件。
这三家日本固态电池企业的研发方向，都集中于硫化物。其中，丰田研发进展最快：早在2017年6月22日，丰田就在美国申请了以硫化物为电解质的固态电池专利。
（图片来源：知产宝）
近期，丰田又向媒体曝出其可以制造出续航里程为1200公里的固态电池，充电时间仅为10分钟，并且到2025年或将向市场投放搭载固态电池的汽车。
尽管丰田喊出要量产搭载以硫化物作为电解质的固态电池，但以硫化物作为电解质生产的固态电池除了技术复杂之外，由于其使用到了大量稀有金属导致价格太贵，最终能否大面积应用依然是未知数。
目前来看，锂离子电池的电解液价格在全球的平均水不超过10美元/kg，而硫化物固体电解质的主要原料Li2S为1500—2000美元/kg。硫化物电解液是锂离子电池电解液价格的150倍以上。
03
中国固态电池：半固态过渡，跳出框架
国内企业主要以氧化物作为电解质，来推动固态电池的研发。和欧洲一样，国内新能源企业研发的固态电池也已经实现了量产。
不完全统计数据显示，2022年以后国内部分车企开始搭载半固态电池，如蔚来发布的ES6、东风发布的E70、岚图发布的追风等车型，大部分都搭载了以氧化物为电解质的半固态电池。
而给蔚来提供半固态电池的供应商卫蓝新能源，在锂电池领域的专利数量为420件。其中，“原位复合固态电解质及其应用、全固态电池及其制备方法”，作为卫蓝新能源的核心专利之一，专利号为CN 108550907 B。该专利可有效增强全固态电池的界面相容性，降低电池内阻，使其顺利商业化。
（图片来源：知产宝）
这里笔者要给大家简单解释一下的是，专利中提到的发明名称是全固态电池，但加入了混合液的电解质本质就是半固态电池。这点，卫蓝新能源董事长俞会根也曾亲口说：“卫蓝开发两年多的360Wh/kg半固态电池正式交付给蔚来。”
上述专利的意义在于：
以氧化物为电解质的固态电池由于本身非常坚硬，加上氧化物的颗粒是以点接触形式存在，用其做成的固态电池不但可塑性非常差，孔隙率也非常高。质地过硬，容易导致电解质断裂，电离子传送中断；孔隙率高，则极易造成电池体系中电离子传输通道的不畅。
所以，为了确保活性物质颗粒在形成裂纹乃至破裂之后也能在外部压力下维持良好的接触和离子传输，以氧化物作为电解质的固态电池天然适合做成固液混合，这样既有氧化物的固态电解质层，又有电解液填充孔隙，来规避这块问题。
但加入了液体的固态电池，由于减少使用了固态电解质，导致其能量密度提升不如全固态，比如，ES6搭载的半固态电池能量密度为360wh/kg。
所以，国内半固态电池虽然已经实现了商业化，但由于能量密度提升不明显、电导率不如液态锂，以及氧化物电解质材料价格也要高于液态锂，仅仅可能只是把半固态电池作为了过度产品。
除了已经量产的半固态电池以外，近期中国科学技术大学马骋教授研发出一种新型固态电解质——氧氯化锆锂，综合性能和目前最先进的硫化物、氧化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，这才是国内在固态电池领域的最新进展。
从下图我们可以更直观的看出，氧氯化锆锂在离子电导率、可变形性、成本方面，都要优秀于氧化物和硫化物，而这三个要素则是固态电池能否大面积应用最核心的问题。
（图片来源：中国 科技 大学官网）
这也意味着氧氯化锆锂的问世，使固态电解质在性能、成本两方面同时实现了突破。不过，该技术目前还处于实验室阶段，最终能否大面积量产，仍存在很大变数。
尽管如此，氧氯化锆锂的发现，对全固态锂电池的大面积商业化乃具有重大意义。
站在当下来看，作为固态电池主流的三种电解质聚合物、氧化物和硫化物，都存在不同程度的硬伤且暂时无解。
这就导致了当下小规模量产的固态电池，相较于液态电池的装车性价比并不高。而近期中国研发人员开发出来的氧氯化锆锂，或许对于固态电池产业化，彻底解决新能源电池续航焦虑，带来些许微光。
（本文仅代表作者观点，不代表知产力立场）
图片来源 | 网络
往期热文
本文首发于微信公众号：知产力。文章内容属作者个人观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。
（声明：本文仅代表作者观点，不代表快讯网立场。）
