什么是固态电池和半固态电池？看这一篇就够了

随着智己L6的发布，除了道歉新闻之外，固态电池这个话题又被推上了热搜，相关固态电池概念股也迎来了一波热搜。其实固态电池这个概念由来已久，早在2021年的时候，蔚来就已经开始预热固态电池的搭载，李斌也在去年也完成了他的超长途直播，而在本月12日，广汽也将会发布全固态电池。

贴上面这图出来并不是要给广汽做广告，大家留意一下，全固态这三个字是非常突出的，在这里我要先科普一下固态电池的概念。

我们现在使用的电池里面会有“四大金刚”，分别是：正极、负极、隔膜、电解液，其中电解液大约25wt%。

而“固态电池”一般分类有三种，分别是：半固态、准固态以及全固态，它们都可以笼统地统称为固态电池，而区别是它们的液体含量分别是5-10wt%、0-5wt%、0wt%。

固态电池有什么优势？

毫无疑问，全固态电池是终极目标，目前处于研发阶段，估计商业化时间大约是2030年左右，不过从目前的信息来看，不似预期。可能你会问，为什么还要这么长时间？全固态电电池优点是什么？缺点是什么？究竟难点在哪里？

目前我们使用的电池中，最大的制约因素就是液体电解质，电解质采用有机溶剂、锂盐和一些添加剂组成，起到了输送离子、传导电流的作用，不过这个这些有机溶剂具有溶解性、腐蚀性和抗氧化性较差的问题。它的存在，无法解决锂枝晶问题，一旦析晶就可能会刺穿隔膜，正负极直接接触，从而导致热失控。

此外，电解液的存在，同时限制了正负极材料的使用，目前我们在使用的电池一般都采用石墨负极，你可以理解它是一个容器，锂离子到了里面之后，就像有个房子把它装起来，而由于得到了石墨作为框架约束，房子表面的SEI（固体电解质界面）会变得可控，目前我们看到的三元里电池的能量密度理论限制大约是250-300wh/kg。

假如采用了全固态介质代替液体，隔膜就可以完全取消，不需要再担心正负极直接接触短路，因为固态介质是可以完全物理阻隔正负极材料，锂枝晶刺穿阻隔物的问题基本上可以解决，安全性上更加有保障。所以固态电池安全性更加好，热失控的概率更低。

此外，而且正负极材料的选择更为多样，可以兼容高比容量正负极，大大提升电池容量。比如说负极材料，甚至可以采用全锂，：“容器”可以完全取消，因为固体介质不会跟金属锂发生反应，能装的锂就会更多。此外它可以抑制锂枝晶的生长，由于是硬碰硬的界面，可以强行对负极表面找平，这也是它能量密度较高的原因之一。理论上全固态电池的能量密度可以达到500wh/kg，更小的电池，更长的续航。

固态电池的缺点

固态电池的优点非常丰富，但是缺点也很大，至少目前还没有完全解决（所以我很好奇广汽的固态电池是怎么做到）。例如我们看到的离子电导率低、循环寿命差，价格高等制约的商业进程。

上文我们提到很多固态介质，从目前得到的一些信息来看，这些固态介质一般有四种，分别是氧化物、硫化物、卤化物、聚合物。由于是固体和固体的接触，它的离子电导率肯定没有液体那么高，所以电池需要加更加大的压力，让这三种物质紧紧接触。但是问题来了，电池工作会升温，不同材料升温膨胀会不一样，内外压力夹击之下电池就会膨胀损毁，据宁德时代董事长曾毓群此前接受媒体采访时介绍，“它经不起许多次充放电循环，也许10次就不行了。”

最后最难解决的问题就是材料成本太高，由于目前固态电池介质很难薄化，用到了很多稀有金属，部分材料价格比较高，据赣锋锂电估算当前 350 Wh/kg 体系硫化物全固态电池成本约 40 元/Wh，那你们可以想象1000wh电池的成本到底有多高了。

半固态电池是折中的选择

既然没办法马上到达终点，那就找个折中点，或者可以说是过度技术——半固态电池。

既然是折中选择，那么它的属性几乎都夹在全固态和全液态中间。半固态电池通过减少液态电解质含量、增加固态电解质，这里会有两种方案，一种是固态+少量液态电解质，实际上还需要加液体，另外一种采用聚合物基底来承载，让电解质的性状更接近凝胶（类似小儿退热贴），这也是最常见的一种方案，常见于手机电池。

所以它的优点非常总结，更高的安全性、更高能量密度、更长寿命、更宽适温度范围、抗压能力更好、更高离子电导率、成本大幅低于固态电池。它可以利用兼顾利用现在的锂电池工艺，达到更易量产更低成本的效果，其中只有大概20%的工序不同，所以从经济性何产业化速度来说，目前来看是最好的。

那么从安全性和能量密度来看，由于中间电解质采用的是凝胶，即使锂枝晶也比较难刺穿这种介质，所以它的安全性也会更好，正负极和电解质之间也不会出现硬碰硬的问题，导电、膨胀问题得到了很好解决。

此外在正负极材料上选择也会更多，比如此前讲到的负极材料，除了石墨之外，还能对其“掺硅补锂”，大大增加容器的容量，提升电池的能量密度。比如蔚来的150kWh半固态电池，它的能量密度高达360Wh/kg，电池包能量密度高达261Wh/kg，绝对是遥遥领先，整体电池包重量只有575公斤左右，跟100kWh的传统电池重量差不多。即使是智己刚发布的半固态电池，能量密度也有300Wh/kg，电池包能量密度在215Wh/kg左右。

固态电池的意义

究竟固态电池有没有意义？

为什么会有这样的疑问呢？常识告诉我们，所有技术的发展一定会带来积极影响。

不过最近蔚来CEO李斌在直播的时候表示，“150kWh电池包在日常生活中的象征意义大于实际意义。”理由也很简单，因为没有人会开电车来穿越，一直跑一千公里是没有意义的，没有人会这样跑，高速上都有充电桩，所以他认为这种电池只会解决1%的用户使用场景。

这么看，李斌似乎在拆自己的台，但实际上他是站在消费者的角度来看这件事，确实没有会背着这么大的电池来一直跑，就算有长途需求，按照跑四个小时休息一次来看，实际续航有500公里左右是完全足够的。电池本身重量不轻，天天背着，电耗也会增加，属实没必要。

而笔者认为，固态电池的发展，很可能还会对电动车的布置掀起积极变化。李斌认为大电池对消费者没有意义，是因为蔚来所采用换电技术大大限制了电池的形状和尺寸，蔚来所有电池的尺寸都是一样的，所以随着电池技术进步，蔚来的电池容量只会越来越多，甚至到了一个不合理的地步。

但如果我们能够缩小电池体积，甚至能把它塞进座椅底下？车身的布置是不是会灵活很多？底盘是不是还能往下再降两公分？

所以，我们不妨让子弹再飞一会儿，看看广汽的全固态电池到底会给我们带来什么。