中國粉體網(wǎng)訊 最近，“硅陽極固態(tài)電池”這個詞的熱度冉冉升起。
這是奔馳工程師宣布的。奔馳旗下的奔馳EQG車型將搭載硅陽極固態(tài)電池，據(jù)悉，其能量密度將高達800Wh/L（400 Wh/kg左右），遠超傳統(tǒng)動力電池�？紤]到EQG要2025年才推向市場，只能說“聽了個寂寞”。
不過，硅陽極看起來是替代目前鋰電池的石墨陽極（也就是負極）的理想材料，因為不需要改造現(xiàn)有的電池工藝和制造設(shè)備。在解決硅的膨脹問題后，硅陽極的優(yōu)勢正在體現(xiàn)。雖然奔馳的這個技術(shù)還屬于實驗室階段，但硅陽極與固態(tài)電池放在一起，讓業(yè)內(nèi)再次充滿想象。
同樣準備研發(fā)硅陽極材料的，還有韓國浦項控股（POSCO Holdings）。近日，浦項控股決定對臺灣輝能科技（Prologium）進行投資，研發(fā)新一代電池所使用的核心材料。雙方將共同開發(fā)陰極材料、硅陽極材料、固態(tài)電解質(zhì)等，并建立一個全球供應(yīng)系統(tǒng)。
成立于2006年的輝能科技，2012年就開發(fā)出了固態(tài)電池。而且，輝能科技還與梅賽德斯-奔馳等主要汽車制造商合作，共同開發(fā)電動汽車所用的固態(tài)電池。
不過，從目前來看，“看上去很美”的全固態(tài)電池的發(fā)展之路依然非常遙遠，離大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用至少還有5~10年，且充滿變數(shù)。也有很多專業(yè)人士預(yù)判，全固態(tài)電池要10年后才具備完全商業(yè)化條件，甚至更遠。就連寧德時代、本田等都預(yù)測全固態(tài)電池2030年左右才可能在車上應(yīng)用。
這就很耐人尋味了。雖然技術(shù)難度這么大，為什么大家一窩蜂地去開發(fā)固態(tài)電池呢？何況，滿天飛的“固態(tài)電池”量產(chǎn)消息下，卻都是“暗度陳倉”的固液混合的半固態(tài)電池？
究竟有多難
先簡單交代下全固態(tài)電池的概念。這里面的彎彎繞還不少。
現(xiàn)在通常我們所謂的全固態(tài)電池，是相對于現(xiàn)在的液態(tài)電解質(zhì)鋰電池而言的。也就是，使用固態(tài)正負極材料和固態(tài)電解質(zhì)的電池。而目前固態(tài)電解質(zhì)的路線，主流的有三種，聚合物路線、氧化物路線（歐美為主）和硫化物路線（日系為主）。
不過具體的分類上面有不同的看法。比如，去年寧德時代21C創(chuàng)新實驗室前瞻技術(shù)部部長郭永勝表示，“真正造固態(tài)電池以后，按照正負極來分，我把它分成三代�！�
第一代，就是現(xiàn)在傳統(tǒng)的液態(tài)電解液換成固態(tài)電解質(zhì)，正負極和原先一模一樣不變。第二代，改變負極，負極不用石墨、硅，換用金屬鋰來提升能量密度，正極不變。第三代，正負極都改變，比如負極用金屬鋰，正極換成不含鋰的高能量材料。
如果從這個角度來看，目前業(yè)內(nèi)在發(fā)展的第一代比較多。而文章開頭奔馳與其投資的Sila Nano合作研發(fā)的Whoop Strap 4.0硅陽極固態(tài)電池，實際上是要換掉負極，克服鋰金屬負極的缺陷，也算是第二代。
其實，業(yè)內(nèi)有很多專業(yè)人士對于全固態(tài)電池不報什么希望。比如，浙江鋒鋰新能源總經(jīng)理許曉雄就認為，固液混合的半固態(tài)電池可能是車用動力電池的終極路線。
也有堅決放棄固態(tài)電池路線的�！拔覀兺耆艞壛斯虘B(tài)電池，因為真的無法落地�！泵绹妱悠嚦鮿�(chuàng)企業(yè)Fisker的創(chuàng)始人亨里克·菲斯克去年年底很無奈地說道。這種技術(shù)，是“當你覺得已經(jīng)完成了90%，幾乎達到目標時，然后你意識到剩下的10%比前面的90%困難得多。”
而另一家固態(tài)電池生產(chǎn)商SES（麻省固能）也放棄了全固態(tài)電池。據(jù)SES創(chuàng)始人胡啟朝介紹，2015年前，SES主要從事固態(tài)鋰金屬電池的研發(fā)。但是，“很多車企和動力電池企業(yè)逐步意識到，這是一個遙遠的夢，為此我們于2015年停止固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)，進而轉(zhuǎn)向混合鋰金屬電池研發(fā)�！�
而胡啟朝所謂的“固態(tài)鋰金屬電池”，其實就是金屬鋰做負極的固態(tài)電池。而對于第一代固態(tài)鋰離子電池（石墨、硅做負極），SES認為“目前已經(jīng)商業(yè)化，但優(yōu)勢并不明顯，能量密度、生產(chǎn)工藝和鋰離子電池相比沒有明顯提高�！边@從另一方面說明了行業(yè)現(xiàn)狀。
根據(jù)市場研究機構(gòu)SNE Research測算顯示，2030年全球固態(tài)電池需求有望接近500GWh。其中，2025年固態(tài)電池全球市場有望達60億元，我國市場份額有望達30億元，2030年達200億元。但是，如果拿現(xiàn)有的動力電池市場規(guī)模來對比一下就知道，固態(tài)電池不過是杯水車薪。
就目前固態(tài)電池的商業(yè)化進程來看，呈現(xiàn)兩極分化的狀態(tài)。一方面是業(yè)內(nèi)不斷爆出各大企業(yè)不斷“加注”投入研發(fā)全固態(tài)電池的消息，一方面更多的是像SES這樣，放棄量產(chǎn)難度非常大的全固態(tài)鋰金屬電池，轉(zhuǎn)而選擇了固液混合的半固態(tài)電池量產(chǎn)路線。
2021年11月，SES宣布自己研發(fā)出容量高達107Ah，重量僅0.982 Kg，能量密度為417 Wh/kg（935 Wh/L）的Apollo混合鋰金屬電池。此外，SES還在上海建設(shè)產(chǎn)能為1GWh的超級工廠，計劃于2023年竣工。
對于SES來說，其半固態(tài)電池與目前主流的液態(tài)鋰離子電池有60%左右的材料、生產(chǎn)制造工藝等產(chǎn)業(yè)鏈是共用的，且能量密度、安全性等有明顯優(yōu)勢，循環(huán)壽命也有不錯的表現(xiàn)。雖然需要改造產(chǎn)線，量產(chǎn)以后，能盡快收回投資成本。
就算奔馳，也在做著半固態(tài)電池的準備工作。2021年12月，曾有媒體報道稱，孚能科技固液混合的半固態(tài)電池（A樣）已送交給奔馳，消息稱“此次送去德國的是能量密度達330Wh/kg的孚能半固態(tài)電池第一代產(chǎn)品，將在不久后開始測試電池原型產(chǎn)品�！�
半固態(tài)電池剛剛好
實際上不管什么電池，能不能大規(guī)模量產(chǎn)裝車才見真章。這樣看來，全固態(tài)電池現(xiàn)在還處在“講故事”的階段，估計得講個十年八年的。
而打著“固態(tài)電池”擦邊球的固液混合半固態(tài)電池，2021年以來已經(jīng)頻頻亮相，不斷傳來量產(chǎn)的好消息。而且，現(xiàn)在大部分的企業(yè)都是從營銷角度蹭“固態(tài)電池”熱點，導(dǎo)致固態(tài)電池概念滿天飛，實際上有很多是暗度陳倉。
從年初蔚來發(fā)布的“只聽樓梯響”的360Wh/kg半固態(tài)電池包，到衛(wèi)藍新能源、國軒高科的固液混合電池參數(shù)曝光，以及SES的固液混合鋰金屬電池，江西贛鋒鋰電第一代半固態(tài)電池裝車東風(fēng)E70，都表明了半固態(tài)電池的量產(chǎn)明顯加速。
而已經(jīng)交付50輛網(wǎng)約車的東風(fēng)E70，其使用的是贛鋒鋰電第一代能量密度在260Wh/kg左右的固液混合鋰電池。目前，贛鋒鋰電已建成0.3GWh混合固液鋰離子電池生產(chǎn)線并投入使用，具備批量化生產(chǎn)能力。
此外，贛鋒鋰電宣稱，第二代半固態(tài)電池單體能量密度將達到360Wh/kg，2021年一季度已完成B樣開發(fā)，2023年一季度完成SOP階段。不過，原先預(yù)計2022年一季度將完成C樣開發(fā)，現(xiàn)在看來沒什么動靜。
而另一家電池商國軒高科，其董事長李縝2021年11月公開表示，公司為國內(nèi)某高端純電動汽車配套的半固態(tài)電池實現(xiàn)了續(xù)航里程超1000公里，比其第一代車型提高了一倍。此外，國軒高科透露，其半固態(tài)電池預(yù)計將在2022年四季度開始小批量量產(chǎn)裝車，在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
所以，半固態(tài)電池相對于全固態(tài)電池，時間優(yōu)勢和成本優(yōu)勢是明顯的。而且關(guān)鍵在于，半固態(tài)可以提高安全性（安全性是相對的，超過一定的節(jié)點后，更高的安全也無意義）。從業(yè)內(nèi)研發(fā)固態(tài)電解質(zhì)的目的來說，首先就是為了解決安全性問題，解決安全性問題之后，才敢去提升。
值得注意的是，固態(tài)電池也存在安全隱患。將于2024年在日本橫濱建立首家全固態(tài)電池試點工廠的日產(chǎn)汽車，其負責(zé)先進電池研發(fā)的副總裁土井三浩（Kazuhiro Doi）就說，“固態(tài)電池的能量密度是目前鋰離子電池的兩倍，因此就像一個更危險的潛在炸彈。如果發(fā)生重大事故，固態(tài)電池可能會比現(xiàn)在的電池更具災(zāi)難性。”所以，需要針對固態(tài)電池進行更加全面的安全驗證。
從制造層面來說，以衛(wèi)藍新能源的半固態(tài)電池為例，其制造工藝流程和裝備與目前鋰電池的90%以上通用。當然，關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，比如混料、注液和原位固態(tài)化等環(huán)節(jié)，操作方式和現(xiàn)在的鋰電池不一樣，成本會增加很多。但是，這個成本是遠遠低于全固態(tài)電池的。
此外，全固態(tài)的應(yīng)用還有很多問題，比如低溫性能、成本、規(guī)�；慨a(chǎn)的裝備突破等，包括很多的技術(shù)難關(guān)需要解決，如固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低、固固接觸界面的阻抗上升等。
這里解釋下“固固接觸界面的阻抗上升”，這個問題分為物理層面和化學(xué)層面。物理層面，由于電池充放電循環(huán)中材料會發(fā)生體積變大或變小，產(chǎn)生“枝晶”問題，而正極和電解質(zhì)的顆粒與顆粒之間、層與層之間容易產(chǎn)生縫隙，造成接觸不良影響離子和電子的傳輸，導(dǎo)致電池阻抗增加，容易發(fā)生極化問題，電池的倍率性能下降。
所以，無論從設(shè)備兼容性、成本控制、技術(shù)實現(xiàn)以及性能表現(xiàn)，固液混合電池都完勝量產(chǎn)還沒有影子的全固態(tài)電池，也算是液態(tài)鋰離子電池的現(xiàn)實“平替”對象。
其實，從常識來說，自然界能讓能量流動的物質(zhì)，幾乎都是液態(tài)，固態(tài)天然就沒有流動性。
所以，全固態(tài)電池有可能真的是個永遠到不了終點的概念。而固液混合的半固態(tài)電池可能才是現(xiàn)實的終極路線。
畢竟，續(xù)航能超過1000公里的半固態(tài)電池，無論是性能還是成本都能達到要求的話，又何必舍近求遠再去搞全固態(tài)電池呢？
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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