固液混合的半固态电池，可能就是电动车的终极路线

2022-05-30 15:44

C次元

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作者丨王小西

责编丨崔力文

编辑丨别致

固态电池概念满天飞，实际上有很多暗度陈仓。

最近，“硅阳极固态电池”这个词的热度冉冉升起。

这是奔驰工程师宣布的。奔驰旗下的奔驰EQG车型将搭载硅阳极固态电池，据悉，其能量密度将高达800Wh／L（400 Wh／kg左右），远超传统动力电池。考虑到EQG要2025年才推向市场，只能说“听了个寂寞”。

不过，硅阳极看起来是替代目前锂电池的石墨阳极（也就是负极）的理想材料，因为不需要改造现有的电池工艺和制造设备。在解决硅的膨胀问题后，硅阳极的优势正在体现。虽然奔驰的这个技术还属于实验室阶段，但硅阳极与固态电池放在一起，让业内再次充满想象。

同样准备研发硅阳极材料的，还有韩国浦项控股（POSCO Holdings）。近日，浦项控股决定对台湾辉能科技（Prologium）进行投资，研发新一代电池所使用的核心材料。双方将共同开发阴极材料、硅阳极材料、固态电解质等，并建立一个全球供应系统。

成立于2006年的辉能科技，2012年就开发出了固态电池。而且，辉能科技还与梅赛德斯－奔驰等主要汽车制造商合作，共同开发电动汽车所用的固态电池。

不过，从目前来看，“看上去很美”的全固态电池的发展之路依然非常遥远，离大规模量产应用至少还有5～10年，且充满变数。也有很多专业人士预判，全固态电池要10年后才具备完全商业化条件，甚至更远。就连宁德时代、本田等都预测全固态电池2030年左右才可能在车上应用。

这就很耐人寻味了。虽然技术难度这么大，为什么大家一窝蜂地去开发固态电池呢？何况，满天飞的“固态电池”量产消息下，却都是“暗度陈仓”的固液混合的半固态电池？

01究竟有多难

先简单交代下全固态电池的概念。这里面的弯弯绕还不少。

现在通常我们所谓的全固态电池，是相对于现在的液态电解质锂电池而言的。也就是，使用固态正负极材料和固态电解质的电池。而目前固态电解质的路线，主流的有三种，聚合物路线、氧化物路线（欧美为主）和硫化物路线（日系为主）。

不过具体的分类上面有不同的看法。比如，去年宁德时代21C创新实验室前瞻技术部部长郭永胜表示，“真正造固态电池以后，按照正负极来分，我把它分成三代。”

第一代，就是现在传统的液态电解液换成固态电解质，正负极和原先一模一样不变。第二代，改变负极，负极不用石墨、硅，换用金属锂来提升能量密度，正极不变。第三代，正负极都改变，比如负极用金属锂，正极换成不含锂的高能量材料。

如果从这个角度来看，目前业内在发展的第一代比较多。而文章开头奔驰与其投资的Sila Nano合作研发的Whoop Strap 4．0硅阳极固态电池，实际上是要换掉负极，克服锂金属负极的缺陷，也算是第二代。

其实，业内有很多专业人士对于全固态电池不报什么希望。比如，浙江锋锂新能源总经理许晓雄就认为，固液混合的半固态电池可能是车用动力电池的终极路线。

也有坚决放弃固态电池路线的。“我们完全放弃了固态电池，因为真的无法落地。”美国电动汽车初创企业Fisker的创始人亨里克·菲斯克去年年底很无奈地说道。这种技术，是“当你觉得已经完成了90％，几乎达到目标时，然后你意识到剩下的10％比前面的90％困难得多。”

而另一家固态电池生产商SES（麻省固能）也放弃了全固态电池。据SES创始人胡启朝介绍，2015年前，SES主要从事固态锂金属电池的研发。但是，“很多车企和动力电池企业逐步意识到，这是一个遥远的梦，为此我们于2015年停止固态锂金属电池研发，进而转向混合锂金属电池研发。”

而胡启朝所谓的“固态锂金属电池”，其实就是金属锂做负极的固态电池。而对于第一代固态锂离子电池（石墨、硅做负极），SES认为“目前已经商业化，但优势并不明显，能量密度、生产工艺和锂离子电池相比没有明显提高。”这从另一方面说明了行业现状。

根据市场研究机构SNE Research测算显示，2030年全球固态电池需求有望接近500GWh。其中，2025年固态电池全球市场有望达60亿元，我国市场份额有望达30亿元，2030年达200亿元。但是，如果拿现有的动力电池市场规模来对比一下就知道，固态电池不过是杯水车薪。

就目前固态电池的商业化进程来看，呈现两极分化的状态。一方面是业内不断爆出各大企业不断“加注”投入研发全固态电池的消息，一方面更多的是像SES这样，放弃量产难度非常大的全固态锂金属电池，转而选择了固液混合的半固态电池量产路线。

2021年11月，SES宣布自己研发出容量高达107Ah，重量仅0．982 Kg，能量密度为417 Wh／kg（935 Wh／L）的Apollo?混合锂金属电池。此外，SES还在上海建设产能为1GWh的超级工厂，计划于2023年竣工。

对于SES来说，其半固态电池与目前主流的液态锂离子电池有60％左右的材料、生产制造工艺等产业链是共用的，且能量密度、安全性等有明显优势，循环寿命也有不错的表现。虽然需要改造产线，量产以后，能尽快收回投资成本。

就算奔驰，也在做着半固态电池的准备工作。2021年12月，曾有媒体报道称，孚能科技固液混合的半固态电池（A样）已送交给奔驰，消息称“此次送去德国的是能量密度达330Wh／kg的孚能半固态电池第一代产品，将在不久后开始测试电池原型产品。”

02半固态电池刚刚好

实际上不管什么电池，能不能大规模量产装车才见真章。这样看来，全固态电池现在还处在“讲故事”的阶段，估计得讲个十年八年的。

而打着“固态电池”擦边球的固液混合半固态电池，2021年以来已经频频亮相，不断传来量产的好消息。而且，现在大部分的企业都是从营销角度蹭“固态电池”热点，导致固态电池概念满天飞，实际上有很多是暗度陈仓。

从年初蔚来发布的“只听楼梯响”的360Wh／kg半固态电池包，到卫蓝新能源、国轩高科的固液混合电池参数曝光，以及SES的固液混合锂金属电池，江西赣锋锂电第一代半固态电池装车东风E70，都表明了半固态电池的量产明显加速。

而已经交付50辆网约车的东风E70，其使用的是赣锋锂电第一代能量密度在260Wh／kg左右的固液混合锂电池。目前，赣锋锂电已建成0．3GWh混合固液锂离子电池生产线并投入使用，具备批量化生产能力。

此外，赣锋锂电宣称，第二代半固态电池单体能量密度将达到360Wh／kg，2021年一季度已完成B样开发，2023年一季度完成SOP阶段。不过，原先预计2022年一季度将完成C样开发，现在看来没什么动静。

而另一家电池商国轩高科，其董事长李缜2021年11月公开表示，公司为国内某高端纯电动汽车配套的半固态电池实现了续航里程超1000公里，比其第一代车型提高了一倍。此外，国轩高科透露，其半固态电池预计将在2022年四季度开始小批量量产装车，在2023年实现产业化。

所以，半固态电池相对于全固态电池，时间优势和成本优势是明显的。而且关键在于，半固态可以提高安全性（安全性是相对的，超过一定的节点后，更高的安全也无意义）。从业内研发固态电解质的目的来说，首先就是为了解决安全性问题，解决安全性问题之后，才敢去提升。

值得注意的是，固态电池也存在安全隐患。将于2024年在日本横滨建立首家全固态电池试点工厂的日产汽车，其负责先进电池研发的副总裁土井三浩（Kazuhiro Doi）就说，“固态电池的能量密度是目前锂离子电池的两倍，因此就像一个更危险的潜在炸弹。如果发生重大事故，固态电池可能会比现在的电池更具灾难性。”所以，需要针对固态电池进行更加全面的安全验证。

从制造层面来说，以卫蓝新能源的半固态电池为例，其制造工艺流程和装备与目前锂电池的90％以上通用。当然，关键的工艺环节，比如混料、注液和原位固态化等环节，操作方式和现在的锂电池不一样，成本会增加很多。但是，这个成本是远远低于全固态电池的。

此外，全固态的应用还有很多问题，比如低温性能、成本、规模化量产的装备突破等，包括很多的技术难关需要解决，如固态电解质的离子电导率较低、固固接触界面的阻抗上升等。