半固态电池：并不意味着固态电池走了一半
作者/星空下的夹心糖
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编辑/菠菜的星空
排版/星空下的韭菜
据悉，蔚来汽车在5月24的发布会上表示，150kWh电池包将于7月上线。该电池采用半固态电解液、硅碳复合负极材料、超高镍正极材料，单体能量密度达360Wh/kg，续航里程可达1000公里。
按照蔚来自己的说法，150kWh电池的最大亮点在于“原位固化固液电解质”，所谓原位固化，就是逐步把当前的液态电解质转换为固态，而不是一步到位全固态的方法。简而言之，蔚来的这款电池是一款半固态电池，“安全性”和“高能量密度”是它的标签。业界对于这款新电池充满了期待，今天，我们也来聊聊半固态电池。
一、修修补补，就成了半固态电池
虽然半固态电池里面带着“固态“两个字，但半固态电池距离真正的固态电池还有相当长的距离。半固态路线对于现有液态锂离子电池体系更迭较小，半固态路线仍然会使用隔膜与液态电解液，其制备方法大部分沿用传统锂离子电池工艺与装备技术。
固态电池发展路径 资料来源：汽车人参考
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，仍然有一些技术难点，产能依然受限，生产成本也有所增加。
前文我们提到了蔚来的150kWh电池，按照蔚来汽车2021年的计划，这款电池原本2022年第四季度交付，但延迟到了2023年第三季度才交付，肯定是在核心技术上遇到了难点。另外，这款电池实在是太贵了，蔚来的联合创始人兼总裁秦力洪曾透露，150kWh度固体电池包当下所面临的最大难题就是制造成本过高，其成本甚至与一辆蔚来ET5（约33万）相当。半固态电池作为一款新产品，研发费用高昂，产线的投入也不小，加上早期量产数量较少，每个电池分担的固定成本很高，电池这么贵也不足为奇了。
二、安全性和能量密度之间需要权衡
使用固态电解质确实可以提升电池的安全性。最新的研究表明，固态电解质具有低可燃性和低挥发性，因此，它们可以缓和热释放的传播并减缓燃烧；更重要的是，固态电解质类似于一个超级稳定的隔膜，具有一定的温度耐受性和机械强度，可以避免阳极-阴极（或正极-负极）的直接反应，进一步减少燃烧的风险。
固态电池相对液态电池的安全性 资料来源：Safety perceptions of solid-state lithium metal batteries
不过，固态电池（包括半固态电池）本身也并非完美无缺。首先，固态电池的安全性是相对的，固态电池在循环过程中会产生锂枝晶，固-固界面的不稳定性也会导致局部温度升高。另外，固态电池（或者说固态电解质）本身对能量密度的提升有限，能量密度的提升来自新型正负极而非电解质，而正负极会带来额外的安全风险。
能量密度和安全性之间需要更为慎重的权衡，因为二者很难兼顾。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。
三、全固态电池，依然是空中楼阁
眼见得半固态电池呼之欲出，那么全固态电池离我们还有多远呢？笔者认为，至少还有5-10年的路要走。
首先，全固态电池实在是太难做，存在着天然的缺陷，这些劣势是由“固态”本身决定的，很难通过技术进步来完全解决。固态电解质材料离子电导率偏低，从而在提升倍率性能和功率密度上先天不足。固-固界面的稳定性本就比固-液要差，在工作过程中，电解质和电极之间的接触很可能会产生裂缝，也更容易发生副反应，进而降低锂离子的迁移速率，影响电池综合性能。界面问题是固态电池最难逾越的一道鸿沟。为解决这些问题，固态电解质形成了聚合物、氧化物、硫化物等不同的技术路径，但每种路径都难言完美。
固态电池的技术路径 资料来源：汽车公社
另外，哪怕全固态电池在实验室能跑通，也依然不能代表量产。一项新技术从0到1的过程固然艰险，但从1到100的过程也难如登天。我们跨界拿光伏举一个例子，1979年的夏天，美国总统吉米·卡特在白宫屋顶新装的太阳能系统前进行了一番演讲，他慷慨激昂地表示：“太阳能，才是未来!”。虽然1979年光伏即有产品问世，但时至今日，光伏行业依然处于日新月异的技术变更当中。汽车是一个精密的系统，安全、寿命、品质、成本和高能量密度必须实现平衡，在追求极致的同时又不能有任何短板，固态电池从实验室走向江湖仍需时日。
至于当前大火的半固态电池，本质上没有颠覆性技术，更多的是沿着行业公认主流技术路线的推进和落地，并不是真正意义上的固态电池。不过，半固态电池本身也是一种非常有意义的尝试，对推进新型添加剂、复合涂层薄膜、凝胶态电解质、高性能正负极等关键材料和体系创新具有重要意义。
古语云，行百里者半九十。从这个意义上讲，固态电池才刚刚起步。
在寓言故事里， “还有半杯水” 和“只剩半杯水”是不同的心态，前者乐观而后者悲观。因此， “半固态电池”可能不如“半液态电池”贴切——我们依然不能避免使用“讨厌”的液态电解质。对于全固态电池，我们可能需要再悲观一点。
注：本文不构成任何投资建议。股市有风险，入市需谨慎。没有买卖就没有伤害。
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