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• 2021年1月,，蔚來(lái)官網(wǎng)發(fā)布了150kWh固態(tài)電池,，實(shí)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(lán)新能源宣布360Wh/kg固態(tài)電池正式交付蔚來(lái)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(tái)表示：“首個(gè)量產(chǎn)上車的超快充固態(tài)電池,！超1000公里續(xù)航+準(zhǔn)900V超快充,，徹底解決純電車的里程焦慮?！?/strong>

• 2024年4月12日,，廣汽集團(tuán)全固態(tài)電池技術(shù)發(fā)布。

于是,，股市聞雞起舞,，固態(tài)電池概念反復(fù)活躍，三祥新材更是演繹了10天8板的神奇,。

▲ 圖片來(lái)源百度,，僅做科普宣傳

我們翹首以盼能量密度更高、運(yùn)行更安全的全固態(tài)電池能帶給我們更多驚喜體驗(yàn),。然而,，這些目前所謂的固態(tài)電池并非全固態(tài)電池，實(shí)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(yù)告要發(fā)布全固態(tài)電池的廣汽集團(tuán)最終只是預(yù)計(jì)2026年量產(chǎn)。說白了,，全固態(tài)電池還面臨諸多科學(xué)壁壘,，暫時(shí)還搞不定。而且即使在一段時(shí)間內(nèi)技術(shù)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(gè)未知數(shù),。

個(gè)人認(rèn)為,，與其虛張聲勢(shì)，還不如腳踏實(shí)地做好半固態(tài)電池,，切實(shí)解決廣大消費(fèi)者最為關(guān)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(shí),，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(cè)設(shè)備,，只要技術(shù)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(jì)性的半固態(tài)電池可能才是我們現(xiàn)階段電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的最好選擇,。

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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(zhǔn)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(shí),，個(gè)人更傾向于認(rèn)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(shè)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

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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(fù)極或者無(wú)負(fù)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(fù)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(shí)現(xiàn)規(guī)模化制造,，其彈性好,、機(jī)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(dǎo)率較低，極大地阻礙了其商業(yè)化應(yīng)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(jī)械強(qiáng)度,，耐壓性強(qiáng),，在空氣環(huán)境中具有更高的穩(wěn)定性，制造復(fù)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(dǎo)致循環(huán)過程中界面阻抗迅速增加；負(fù)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(zhǔn)固態(tài)電池,，以保留一些安全優(yōu)勢(shì)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(dǎo)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(fù)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(fù)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(dǎo)率,，其中 Li-Ge-P-S 系統(tǒng)在室溫下的鋰離子電導(dǎo)直接與電解質(zhì)的電導(dǎo)相當(dāng)。此外,，硫化物固體電解質(zhì)具有更高的機(jī)械強(qiáng)度,，與高容量硫正極的相容性最好。

但是,，硫的電負(fù)性不如氧,，與高壓正極一起使用會(huì)使電解質(zhì)層部分耗盡鋰，增加界面電阻,；與金屬鋰負(fù)極一起使用時(shí),，產(chǎn)生的SEI膜阻抗也較大；硫化物有機(jī)物為無(wú)機(jī)非金屬顆粒,，循環(huán)過程中電解質(zhì)-電極界面也有比較嚴(yán)重的劣化,。此外，材料系統(tǒng)對(duì)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(dǎo)致硫化物固體電解質(zhì)的制造工藝要求非?？量獭?/p>

4 復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)鋰電池

復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)主要是以氧化物,、硫化物等為代表的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和以聚氧化乙烯等聚合物為代表的有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)兩者的結(jié)合,，實(shí)現(xiàn)“剛?cè)岵?jì)”，利用路易斯酸堿相互作用,，增加鏈段運(yùn)動(dòng)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(diǎn),，目前階段對(duì)于選擇何種固體電解質(zhì)還存在技術(shù)路線分歧,，歐洲以聚合物路線為主，中國(guó)以氧化物路線為主,，同時(shí)兼顧硫化物路線，日本和韓國(guó)以硫化物路線為主,。

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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(diǎn)：

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(shè)計(jì)，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(wú)腐蝕,、不可燃,，也不存在漏液?jiǎn)栴}。

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(fù)極直接使用金屬負(fù)極或甚至沒有負(fù)極,，能量大幅提升，從而實(shí)現(xiàn)電池輕量化設(shè)計(jì),。同時(shí),，全固態(tài)鋰離子電池正負(fù)極之間的距離可以縮短到幾個(gè)微米到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大降低,，從而實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰離子電池小型化,、薄膜化。

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

基于以上顯著優(yōu)點(diǎn)，全固態(tài)鋰離子電池成為全球認(rèn)可的下一代鋰離子電池技術(shù),。然而,，全固態(tài)鋰離子電池也存在一些缺點(diǎn),，如低溫時(shí)內(nèi)阻較大，材料導(dǎo)電率不高,，制造大容量單體困難等,，如何解決這些缺點(diǎn)還存在明顯的科學(xué)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(diǎn)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(yīng)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(dǎo)致接觸失效,；在化學(xué)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(yīng)并擴(kuò)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(cè)試等問題

不管是哪種固體電解質(zhì)，都還有大量的技術(shù)壁壘等待攻克,，如何批量制備,、如何檢測(cè)、如何建立質(zhì)控指標(biāo)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(cè)、應(yīng)用方案,，更沒有形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。

3 電池系統(tǒng)障礙

全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)還不完善，如何找到適應(yīng)更高能量密度要求的電池材料,、如何設(shè)計(jì)全固態(tài)電池,、如何設(shè)計(jì)全固態(tài)電池系統(tǒng)、全壽命周期的安全性能評(píng)測(cè)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(jì)性,，只有做到既叫好又叫座的產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。公開資料顯示,，目前國(guó)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(wàn)日元/kWh（按照最新匯率計(jì)算，16.7元/Wh）,，按照一輛家用車裝備75kWh全固態(tài)電池計(jì)算,，僅電池成本就超過125萬(wàn)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(shù)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(yīng)用到電動(dòng)汽車上。一句話,，你做得出來(lái),，我們買不起！

當(dāng)然,，作為一種革命性的新型儲(chǔ)能技術(shù),，攻克全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)具有重大意義，因?yàn)楦吣芰棵芏群透甙踩缘娜虘B(tài)電池在航空航天,、體內(nèi)植入設(shè)備（如心臟起博器等）等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間,。正因?yàn)槿绱?，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(shí),，被列入了中國(guó)、美國(guó),、日本,、韓國(guó)、歐盟等國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略,，成為下一代電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵至高點(diǎn),。

半固態(tài)鋰離子電池

是現(xiàn)階段電動(dòng)汽車的優(yōu)選項(xiàng)

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(shí),，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(fù)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(lán)新能源半固態(tài)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到360Wh/Kg，清陶半固態(tài)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到368Wh/Kg,，寧德時(shí)代推出的凝聚態(tài)電池能量密度已經(jīng)達(dá)到500Wh/Kg,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fēng)險(xiǎn)。在熱穩(wěn)定性上也有所改善,，因?yàn)殡娊赓|(zhì)材料的固體成分有助于抑制鋰枝晶的生長(zhǎng),，減少內(nèi)部短路的可能性。

3 使用壽命長(zhǎng),。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(yīng),，因此半固態(tài)鋰電池通常具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，可以經(jīng)受更多次的充放電過程而不會(huì)明顯降低性能,。

4 適應(yīng)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(dǎo)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(shí)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(shù)相對(duì)成熟,，已經(jīng)實(shí)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(gè)人認(rèn)為,，兼具能量密度,、安全性、經(jīng)濟(jì)性的半固態(tài)鋰離子電池反而應(yīng)該成為電動(dòng)汽車的優(yōu)選項(xiàng),。

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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(lán)、清陶,、寧德時(shí)代等企業(yè)半固態(tài)電池能量密度達(dá)到了360Wh/Kg以上,，隨著工藝優(yōu)化及硅碳負(fù)極等材料的應(yīng)用，半固態(tài)鋰離子電池能量密度還會(huì)進(jìn)一步提升,。

其次,，隨著快充技術(shù)的發(fā)展，有望實(shí)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(cè)設(shè)備,，只要技術(shù)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(duì)穩(wěn)定，在我國(guó)絕大部分區(qū)域都能便捷使用電動(dòng)車而不用擔(dān)心在冬,、夏季節(jié)續(xù)航里程滑坡,。

第五，隨著高鐵提速和運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的迅速擴(kuò)張,，以及民用航空的快速發(fā)展,，長(zhǎng)途旅行可以更多考慮安全性,、舒適性,、經(jīng)濟(jì)性更高的公共交通方式，駕車出行半徑將大大縮短,。相對(duì)于全固態(tài)鋰離子電池高昂的生產(chǎn)成本,，電動(dòng)汽車長(zhǎng)續(xù)航、輕量化反而不成為主要矛盾,。

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因此，我們期待有更多的企業(yè)和研究機(jī)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(dòng)能源存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展,，為人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn),。同時(shí)，我們也期待我們的電池企業(yè)在仰望星空的同時(shí),，腳踏實(shí)地推動(dòng)半固態(tài)電池性能提升,，早日為大家提供續(xù)航強(qiáng)、充電快,、安全性高,、經(jīng)濟(jì)性更好的電池產(chǎn)品。