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2021年1月，蔚來官網(wǎng)發(fā)布了150kWh固態(tài)電池，實現(xiàn)了360Wh/kg能量密度和突破1000km續(xù)航里程；2023年6月，衛(wèi)藍新能源宣布360Wh/kg固態(tài)電池正式交付蔚來汽車；2024年2月29日，輝能科技宣布全球首條固態(tài)電池生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)；2024年3月25日，智己汽車聯(lián)席CEO劉濤在社交平臺表示：“首個量產(chǎn)上車的超快充固態(tài)電池！超1000公里續(xù)航+準900V超快充，徹底解決純電車的里程焦慮?！?024年4月12日，廣汽集團全固態(tài)電池技術發(fā)布......于是，股市聞雞起舞，固態(tài)電池概念反復活躍，三祥新材更是演繹了10天8板的神奇。

我們翹首以盼能量密度更高、運行更安全的全固態(tài)電池能帶給我們更多驚喜體驗。然而，這些目前所謂的固態(tài)電池并非全固態(tài)電池，實則屬于半固態(tài)鋰離子電池（目前，半固態(tài)電池主要指半固態(tài)鋰離子電池，全固態(tài)電池主要指全固態(tài)鋰離子電池，因此，本文只討論半固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池）。即便是預告要發(fā)布全固態(tài)電池的廣汽集團，最終只是預計2026年量產(chǎn)。說白了，全固態(tài)電池還面臨諸多科學壁壘，暫時還搞不定，而且，即使在一段時間內(nèi)技術搞定，目前高額的生產(chǎn)成本能不能降到大眾可承受范圍也是個未知數(shù)。我個人認為，與其虛張聲勢，還不如腳踏實地做好半固態(tài)電池，切實解決廣大消費者最為關心的續(xù)航、安全、快充、高低溫掉電難題。我們完全沒有必要張冠李戴給半固態(tài)電池戴高帽，它就叫半固態(tài)電池，它在繼承和提升液態(tài)鋰離子電池優(yōu)秀性能的同時，還能夠最大限度地沿用現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池體系及生產(chǎn)、檢測設備，只要技術搞定，成本合適，量產(chǎn)就水到渠成。因此，兼具較高能量密度、安全性、倍率性能以及經(jīng)濟性的半固態(tài)電池可能才是我們現(xiàn)階段電動汽車動力電池的最好選擇。

一、鋰離子電池分類

有人說，鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池、半固態(tài)鋰離子電池、準固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池，除了液態(tài)鋰離子電池，后面三種電池都是固態(tài)電池。其實，我個人更傾向于認同把鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池、半固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池，電解質(zhì)全部采用電解液的鋰離子電池就是液態(tài)鋰離子電池，電解質(zhì)全部采用固體電解質(zhì)的鋰離子電池就是全固態(tài)鋰離子電池，既含有電解液又含有固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池就是半固態(tài)鋰離子電池。半固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池在材料體系、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工藝、電池性能方面都有顯著區(qū)別，不適合籠統(tǒng)稱為固態(tài)鋰離子電池。

二、全固態(tài)鋰離子電池是下一代電池的首選方案

全固態(tài)鋰離子電池，顧名思義，是一種采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)電解液的鋰離子電池，全部由固態(tài)材料組成。全固態(tài)鋰離子電池主要構(gòu)成包括正極、固態(tài)電解質(zhì)和負極或者無負極。這種結(jié)構(gòu)消除了電解液腐蝕和泄露的安全隱患，提高了電池的熱穩(wěn)定性。根據(jù)電解質(zhì)的類型，全固態(tài)鋰離子電池分為聚合物固態(tài)鋰離子電池、氧化物固態(tài)鋰離子電池、硫化物固態(tài)鋰離子電池、復合固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池。

1. 聚合物固態(tài)鋰離子電池

聚合物固態(tài)電解質(zhì)(SPE)由聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成，SPE基體包括聚環(huán)氧乙烷、聚硅氧烷、脂肪族聚碳酸酯，與傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)相比具有更高的熱穩(wěn)定性，并且比陶瓷電解質(zhì)更易于實現(xiàn)規(guī)?；圃欤鋸椥院?、機械加工性優(yōu)良。

但是，聚合物固態(tài)電解質(zhì)與其他電池組件之間的界面不穩(wěn)定，且聚合物電解質(zhì)在室溫條件下離子電導率較低，極大地阻礙了其商業(yè)化應用。

2. 氧化物固態(tài)鋰電池

氧化物固態(tài)電解質(zhì)具有致密形貌，與硫化物固體電解質(zhì)相比，有更高的機械強度，耐壓性強，在空氣環(huán)境中具有更高的穩(wěn)定性，制造復雜程度較低。

但是，氧化物固體電解質(zhì)的形變能力和柔軟性能不好，界面接觸能力較差，循環(huán)過程中界面穩(wěn)定性也較差，導致循環(huán)過程中界面阻抗迅速增加；負極有效容量不足，電池壽命衰減較快；薄膜化也很困難。因此，氧化物固體電解質(zhì)往往需要添加一些聚合物成分并與微量離子液體/高性能鋰鹽-電解質(zhì)混合，或使用輔助原位聚合制造準固態(tài)電池，以保留一些安全優(yōu)勢并提高電解質(zhì)與電極的界面接觸性能。

3. 硫化物固態(tài)鋰電池

硫化物固態(tài)電解質(zhì)（如硫代磷酸鹽電解質(zhì)）具有較高的室溫離子電導率(約10-2 S/cm)。硫化物系固體電解質(zhì)可視為由硫化鋰和鋁、磷、硅、鈦、錫等元素的硫化物組成的多元復合材料，材料涵蓋晶態(tài)和非晶態(tài)。硫離子半徑大，使鋰離子傳輸通道更大，電負性也合適，硫化物固體電解質(zhì)在所有固體電解質(zhì)中具有最好的鋰離子電導率，其中 Li-Ge-P-S 系統(tǒng)在室溫下的鋰離子電導直接與電解質(zhì)的電導相當。此外，硫化物固體電解質(zhì)具有更高的機械強度，與高容量硫正極的相容性最好。

但是，硫的電負性不如氧，與高壓正極一起使用會使電解質(zhì)層部分耗盡鋰，增加界面電阻；與金屬鋰負極一起使用時，產(chǎn)生的SEI膜阻抗也較大；硫化物有機物為無機非金屬顆粒，循環(huán)過程中電解質(zhì)-電極界面也有比較嚴重的劣化。此外，材料系統(tǒng)對水、氧氣等非常敏感，一旦發(fā)生事故也易燃；薄膜化也很困難。以上這些因素導致硫化物固體電解質(zhì)的制造工藝要求非?？量獭?/span>

4. 復合固態(tài)電解質(zhì)鋰電池

復合固態(tài)電解質(zhì)主要是以氧化物、硫化物等為代表的無機固態(tài)電解質(zhì)和以聚氧化乙烯等聚合物為代表的有機固態(tài)電解質(zhì)兩者的結(jié)合，實現(xiàn)“剛?cè)岵?，利用路易斯酸堿相互作用，增加鏈段運動能力，協(xié)同提升界面離子傳輸。

總之，以上這些固體電解質(zhì)材料各有優(yōu)缺點，目前階段對于選擇何種固體電解質(zhì)還存在技術路線分歧，歐洲以聚合物路線為主，中國以氧化物路線為主，同時兼顧硫化物路線，日本和韓國以硫化物路線為主。

與液態(tài)鋰離子電池和半固態(tài)鋰離子電池相比，全固態(tài)鋰離子電池具有顯著優(yōu)點：

1. 能量密度高。全固態(tài)電池完全采用固體電解質(zhì)，而且不用隔膜設計，可以大大降低電池重量，能量密度從而得以提升。

2. 安全性高，電解質(zhì)無腐蝕、不可燃，也不存在漏液問題。

3. 高溫穩(wěn)定性好，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)工作。

4. 電池更輕更薄。傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液占據(jù)了電池中近40％的體積和25％的質(zhì)量。而在全固態(tài)鋰離子電池中，隔膜和電解液被固態(tài)電解質(zhì)取代，負極直接使用金屬負極或甚至沒有負極，能量大幅提升，從而實現(xiàn)電池輕量化設計。同時，全固態(tài)鋰離子電池正負極之間的距離可以縮短到幾個微米到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大降低，從而實現(xiàn)全固態(tài)鋰離子電池小型化、薄膜化。

5. 可以實現(xiàn)柔性化設計。即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級以下后也是可以彎曲的，材料會變得具有柔性，全固態(tài)鋰離子電池在輕薄化后就可以實現(xiàn)柔性化設計。

基于以上顯著優(yōu)點，全固態(tài)鋰離子電池成為全球認可的下一代鋰離子電池技術。然而，全固態(tài)鋰離子電池也存在一些缺點，如低溫時內(nèi)阻較大，材料導電率不高，制造大容量單體困難等，如何解決這些缺點還存在明顯的科學壁壘，如何有效降低批量制造成本，非常具有挑戰(zhàn)性。

1. 固-固界面接觸難點有待解決。

在物理接觸方面，不同于固-液的“軟”接觸，固-固接觸是很難充分貼合的“硬”接觸，這直接造成了在全固態(tài)電池中鋰離子通道的減少和應力堆積的問題，且固-固界面容易接觸不良，多次接觸后容易導致接觸失效；在化學接觸方面，Li 容易與固態(tài)電解質(zhì)接觸后迅速發(fā)生反應并擴散至電解質(zhì)內(nèi)部，造成電解質(zhì)表面快速分解。

2. 固體電解質(zhì)還面臨制備及批量一致性測試等問題。

不管是哪種固體電解質(zhì)，都還有大量的技術壁壘等待攻克，如何批量制備、如何檢測、如何建立質(zhì)控指標從而確保批量一致性等等都缺乏成熟的解決方案，沒有形成完善的制備、檢測、應用方案，更沒有形成行業(yè)標準。

3. 電池系統(tǒng)障礙。

全固態(tài)鋰離子電池技術還不完善，如何找到適應更高能量密度要求的電池材料、如何設計全固態(tài)電池、如何設計全固態(tài)電池系統(tǒng)、全壽命周期的安全性能評測等系統(tǒng)都有待建立健全。

4. 高成本制約因素。

全固態(tài)鋰離子電池還需具有經(jīng)濟性，只有做到既叫好又叫座的產(chǎn)品才能實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。公開資料顯示，目前國內(nèi)全固態(tài)鋰離子電池的生產(chǎn)成本為30-40元人民幣/Wh，日本全固態(tài)鋰離子電池的生產(chǎn)成本為35萬日元/kWh（按照最新匯率計算，16.7元/wh），按照一輛家用車裝備75kWh全固態(tài)電池計算，僅電池成本就超過125萬元人民幣。因此，即使成功解決了全固態(tài)鋰離子電池批量生產(chǎn)的主要技術難題，如果不能有效降低生產(chǎn)成本，全固態(tài)鋰離子電池也不可能大批量應用到電動汽車上。一句話，你做得出來，我們買不起！

當然，作為一種革命性的新型儲能技術，攻克全固態(tài)鋰離子電池技術具有重大意義，因為高能量密度和高安全性的全固態(tài)電池在航空航天、體內(nèi)植入設備（如心臟起博器等）等領域具有廣闊的應用空間。正因為如此，全固態(tài)鋰離子電池成為下一代電池的首選方案之一已成為業(yè)界共識，被列入了中國、美國、日本、韓國、歐盟等國家的發(fā)展戰(zhàn)略，成為下一代電池技術競爭的關鍵至高點。

三、半固態(tài)鋰離子電池是現(xiàn)階段電動汽車的優(yōu)選項

半固態(tài)鋰離子電池，就是既含有電解液又含有固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。其實，半固態(tài)鋰離子電池中電解液的含量很少，大約在5%到10%之間。半固態(tài)鋰離子電池主要構(gòu)成包括正極、負極、隔膜、電解質(zhì)幾部分，除電解質(zhì)外與液態(tài)鋰離子電池基本相同。與液態(tài)鋰離子電池相比，半固態(tài)鋰離子電池具有明顯的性能提升。

1. 能量密度更高。少量使用電解液一定程度提升了電池的能量密度。目前，衛(wèi)藍新能源半固態(tài)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)達到360Wh/Kg，清陶半固態(tài)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)達到368Wh/Kg，寧德時代推出的凝聚態(tài)電池能量密度已經(jīng)達到500Wh/Kg，遠遠高于目前液態(tài)鋰離子電池能量密度。

2. 安全性能高。與液態(tài)鋰離子電池相比，半固態(tài)鋰電池中使用的電解液含量較少，降低了泄漏和燃燒的風險。在熱穩(wěn)定性上也有所改善，因為電解質(zhì)材料的固體成分有助于抑制鋰枝晶的生長，減少內(nèi)部短路的可能性。

3. 使用壽命長。由于電解質(zhì)的固態(tài)成分能夠減少電極材料和電解質(zhì)之間的副反應，因此半固態(tài)鋰電池通常具有更長的循環(huán)壽命，可以經(jīng)受更多次的充放電過程而不會明顯降低性能。

4. 適應溫度范圍寬。半固態(tài)鋰離子電池的電解質(zhì)既能在低溫環(huán)境中維持良好的離子傳導性，也能在高溫下保持穩(wěn)定。??

5. 快充性能好。固態(tài)電解質(zhì)的引入使得電池內(nèi)部的離子遷移速度得到顯著提升，從而實現(xiàn)了更快的充電速度。

綜合比較，半固態(tài)鋰離子電池的主要性能界于液態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池中間，與全固態(tài)鋰離子電池相比還有不少差距，但半固態(tài)電池技術相對成熟，已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，能量密度及安全性能等主要性能尚有提升空間。更為重要的是，目前生產(chǎn)成本比全固態(tài)鋰離子電池低不少。個人認為，兼具能量密度、安全性、經(jīng)濟性的半固態(tài)鋰離子電池反而應該成為電動汽車的優(yōu)選項。

首先，半固態(tài)鋰離子電池能量密度持續(xù)提升，目前，衛(wèi)藍、清陶、寧德時代等企業(yè)半固態(tài)電池能量密度達到了360Wh/Kg以上，隨著工藝優(yōu)化及硅碳負極等材料的應用，半固態(tài)鋰離子電池能量密度還會進一步提升。

其次，隨著快充技術的發(fā)展，有望實現(xiàn)充電如同加油一樣方便、快捷。

第三，半固態(tài)鋰離子電池的電池體系與現(xiàn)在通用的液態(tài)鋰離子電池體系接近，基本沿用現(xiàn)有生產(chǎn)、檢測設備，只要技術搞定，上量就輕而易舉。

第四，隨著鋰離子電池高、低溫性能的持續(xù)提升，在-30-80℃都能快速充電，且電量保持率相對穩(wěn)定，在我國絕大部分區(qū)域都能便捷使用電動車而不用擔心在冬、夏季節(jié)續(xù)航里程滑坡。

第五，隨著高鐵提速和運營網(wǎng)絡的迅速擴張，以及民用航空的快速發(fā)展，長途旅行可以更多考慮安全性、舒適性、經(jīng)濟性更高的公共交通方式，駕車出行半徑將大大縮短。相對于全固態(tài)鋰離子電池高昂的生產(chǎn)成本，電動汽車長續(xù)航、輕量化反而不成為主要矛盾。

因此，我們期待有更多的企業(yè)和研究機構(gòu)投入到半固態(tài)、全固態(tài)電池的研發(fā)中，攻艱克難，共同推動能源存儲技術的發(fā)展，為人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。同時，我們也期待我們的電池企業(yè)在仰望星空的同時，腳踏實地推動半固態(tài)電池性能提升，早日為大家提供續(xù)航強、充電快、安全性高、經(jīng)濟性更好的電池產(chǎn)品。