全固态电池不是电动汽车的必选项

•  2021年1月，蔚来官网发布了150kWh固态电池，实现了360Wh/kg能量密度和突破1000km续航里程。

• 2023年6月，卫蓝新能源宣布360Wh/kg固态电池正式交付蔚来汽车。

• 2024年2月29日，辉能科技宣布全球首条固态电池生产线已正式投产。

• 2024年3月25日，智己汽车联席CEO刘涛在社交平台表示：“首个量产上车的超快充固态电池！超1000公里续航+准900V超快充，彻底解决纯电车的里程焦虑。”

• 2024年4月12日，广汽集团全固态电池技术发布。

于是，股市闻鸡起舞，固态电池概念反复活跃，三祥新材更是演绎了10天8板的神奇。

有人说，锂离子电池分为液态锂离子电池、半固态锂离子电池、准固态锂离子电池和全固态锂离子电池，除了液态锂离子电池，后面三种电池都是固态电池。

其实，个人更倾向于认同把锂离子电池分为液态锂离子电池、半固态锂离子电池和全固态锂离子电池，电解质全部采用电解液的锂离子电池就是液态锂离子电池，电解质全部采用固体电解质的锂离子电池就是全固态锂离子电池，既含有电解液又含有固态电解质的锂离子电池就是半固态锂离子电池。半固态锂离子电池和全固态锂离子电池在材料体系、生产设备、生产工艺、电池性能方面都有显著区别，不适合笼统称为固态锂离子电池

全固态锂离子电池，顾名思义，是一种采用固态电解质替代传统电解液的锂离子电池，全部由固态材料组成。全固态锂离子电池主要构成包括正极、固态电解质和负极或者无负极。这种结构消除了电解液腐蚀和泄露的安全隐患，提高了电池的热稳定性。

根据电解质的类型，全固态锂离子电池分为聚合物固态锂离子电池、氧化物固态锂离子电池、硫化物固态锂离子电池、复合固态电解质锂离子电池。

聚合物固态电解质(SPE)由聚合物基体和锂盐构成，SPE基体包括聚环氧乙烷、聚硅氧烷、脂肪族聚碳酸酯，与传统的液态电解质相比具有更高的热稳定性，并且比陶瓷电解质更易于实现规模化制造，其弹性好、机械加工性优良。

但是，聚合物固态电解质与其他电池组件之间的界面不稳定，且聚合物电解质在室温条件下离子电导率较低，极大地阻碍了其商业化应用。

氧化物固态电解质具有致密形貌，与硫化物固体电解质相比，有更高的机械强度，耐压性强，在空气环境中具有更高的稳定性，制造复杂程度较低。

但是，氧化物固体电解质的形变能力和柔软性能不好，界面接触能力较差，循环过程中界面稳定性也较差，导致循环过程中界面阻抗迅速增加；负极有效容量不足，电池寿命衰减较快；薄膜化也很困难。

因此，氧化物固体电解质往往需要添加一些聚合物成分并与微量离子液体/高性能锂盐-电解质混合，或使用辅助原位聚合制造准固态电池，以保留一些安全优势并提高电解质与电极的界面接触性能。

硫化物固态电解质（如硫代磷酸盐电解质）具有较高的室温离子电导率(约10-2 S/cm)。硫化物系固体电解质可视为由硫化锂和铝、磷、硅、钛、锡等元素的硫化物组成的多元复合材料，材料涵盖晶态和非晶态。硫离子半径大，使锂离子传输通道更大，电负性也合适，硫化物固体电解质在所有固体电解质中具有Z好的锂离子电导率，其中 Li-Ge-P-S 系统在室温下的锂离子电导直接与电解质的电导相当。此外，硫化物固体电解质具有更高的机械强度，与高容量硫正极的相容性Z好。

但是，硫的电负性不如氧，与高压正极一起使用会使电解质层部分耗尽锂，增加界面电阻；与金属锂负极一起使用时，产生的SEI膜阻抗也较大；硫化物有机物为无机非金属颗粒，循环过程中电解质-电极界面也有比较严重的劣化。此外，材料系统对水、氧气等非常敏感，一旦发生事故也易燃；薄膜化也很困难。以上这些因素导致硫化物固体电解质的制造工艺要求非常苛刻。

复合固态电解质主要是以氧化物、硫化物等为代表的无机固态电解质和以聚氧化乙烯等聚合物为代表的有机固态电解质两者的结合，实现“刚柔并济”，利用路易斯酸碱相互作用，增加链段运动能力，协同提升界面离子传输。

总之，以上这些固体电解质材料各有优缺点，目前阶段对于选择何种固体电解质还存在技术路线分歧，欧洲以聚合物路线为主，中国以氧化物路线为主，同时兼顾硫化物路线，日本和韩国以硫化物路线为主。

与液态锂离子电池和半固态锂离子电池相比，全固态锂离子电池具有显著优点：

基于以上显著优点，全固态锂离子电池成为全球认可的下一代锂离子电池技术。然而，全固态锂离子电池也存在一些缺点，如低温时内阻较大，材料导电率不高，制造大容量单体困难等，如何解决这些缺点还存在明显的科学壁垒，如何有效降低批量制造成本，非常具有挑战性。

在物理接触方面，不同于固-液的“软”接触，固-固接触是很难充分贴合的“硬”接触，这直接造成了在全固态电池中锂离子通道的减少和应力堆积的问题，且固-固界面容易接触不良，多次接触后容易导致接触失效；在化学接触方面，Li 容易与固态电解质接触后迅速发生反应并扩散至电解质内部，造成电解质表面快速分解。

不管是哪种固体电解质，都还有大量的技术壁垒等待攻克，如何批量制备、如何检测、如何建立质控指标从而确保批量一致性等等都缺乏成熟的解决方案，没有形成完善的制备、检测、应用方案，更没有形成行业标准。

全固态锂离子电池技术还不完善，如何找到适应更高能量密度要求的电池材料、如何设计全固态电池、如何设计全固态电池系统、全寿命周期的安全性能评测等系统都有待建立健全。

全固态锂离子电池还需具有经济性，只有做到既叫好又叫座的产品才能实现规模量产。公开资料显示，目前国内全固态锂离子电池的生产成本为30-40元人民币/Wh，日本全固态锂离子电池的生产成本为35万日元/kWh（按照Z新汇率计算，16.7元/Wh），按照一辆家用车装备75kWh全固态电池计算，仅电池成本就超过125万元人民币。因此，即使成功解决了全固态锂离子电池批量生产的主要技术难题，如果不能有效降低生产成本，全固态锂离子电池也不可能大批量应用到电动汽车上。一句话，你做得出来，我们买不起！

当然，作为一种革命性的新型储能技术，攻克全固态锂离子电池技术具有重大意义，因为高能量密度和高安全性的全固态电池在航空航天、体内植入设备（如心脏起博器等）等领域具有广阔的应用空间。正因为如此，全固态锂离子电池成为下一代电池的首选方案之一已成为业界共识，被列入了中国、美国、日本、韩国、欧盟等国家的发展战略，成为下一代电池技术竞争的关键至高点。

综合比较，半固态锂离子电池的主要性能界于液态锂离子电池和全固态锂离子电池中间，与全固态锂离子电池相比还有不少差距，但半固态电池技术相对成熟，已经实现量产，能量密度及安全性能等主要性能尚有提升空间。更为重要的是，目前生产成本比全固态锂离子电池低不少。个人认为，兼具能量密度、安全性、经济性的半固态锂离子电池反而应该成为电动汽车的优选项。

首先，半固态锂离子电池能量密度持续提升，目前，卫蓝、清陶、宁德时代等企业半固态电池能量密度达到了360Wh/Kg以上，随着工艺优化及硅碳负极等材料的应用，半固态锂离子电池能量密度还会进一步提升。

其次，随着快充技术的发展，有望实现充电如同加油一样方便、快捷。

第三，半固态锂离子电池的电池体系与现在通用的液态锂离子电池体系接近，基本沿用现有生产、检测设备，只要技术搞定，上量就轻而易举。

第四，随着锂离子电池高、低温性能的持续提升，在-30-80℃都能快速充电，且电量保持率相对稳定，在我国绝大部分区域都能便捷使用电动车而不用担心在冬、夏季节续航里程滑坡。

第五，随着高铁提速和运营网络的迅速扩张，以及民用航空的快速发展，长途旅行可以更多考虑安全性、舒适性、经济性更高的公共交通方式，驾车出行半径将大大缩短。相对于全固态锂离子电池高昂的生产成本，电动汽车长续航、轻量化反而不成为主要矛盾。

因此，我们期待有更多的企业和研究机构投入到半固态、全固态电池的研发中，攻艰克难，共同推动能源存储技术的发展，为人类的可持续发展做出贡献。同时，我们也期待我们的电池企业在仰望星空的同时，脚踏实地推动半固态电池性能提升，早日为大家提供续航强、充电快、安全性高、经济性更好的电池产品。