中國粉體網訊 最近，“硅陽極固態電池”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電池，據悉，其能量密度將高達800Wh/L（400 Wh/kg左右），遠超傳統動力電池。考慮到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，因為不需要改造現有的電池工藝和制造設備。在解決硅的膨脹問題后，硅陽極的優勢正在體現。雖然奔馳的這個技術還屬于實驗室階段，但硅陽極與固態電池放在一起，讓業內再次充滿想象。
同樣準備研發硅陽極材料的，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，研發新一代電池所使用的核心材料。雙方將共同開發陰極材料、硅陽極材料、固態電解質等，并建立一個全球供應系統。
成立于2006年的輝能科技，2012年就開發出了固態電池。而且，輝能科技還與梅賽德斯-奔馳等主要汽車制造商合作，共同開發電動汽車所用的固態電池。
不過，從目前來看，“看上去很美”的全固態電池的發展之路依然非常遙遠，離大規模量產應用至少還有5~10年，且充滿變數。也有很多專業人士預判，全固態電池要10年后才具備完全商業化條件，甚至更遠。就連寧德時代、本田等都預測全固態電池2030年左右才可能在車上應用。
這就很耐人尋味了。雖然技術難度這么大，為什么大家一窩蜂地去開發固態電池呢？何況，滿天飛的“固態電池”量產消息下，卻都是“暗度陳倉”的固液混合的半固態電池？
究竟有多難
先簡單交代下全固態電池的概念。這里面的彎彎繞還不少。
現在通常我們所謂的全固態電池，是相對于現在的液態電解質鋰電池而言的。也就是，使用固態正負極材料和固態電解質的電池。而目前固態電解質的路線，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創新實驗室前瞻技術部部長郭永勝表示，“真正造固態電池以后，按照正負極來分，我把它分成三代。”
第一代，就是現在傳統的液態電解液換成固態電解質，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，目前業內在發展的第一代比較多。而文章開頭奔馳與其投資的Sila Nano合作研發的Whoop Strap 4.0硅陽極固態電池，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，業內有很多專業人士對于全固態電池不報什么希望。比如，浙江鋒鋰新能源總經理許曉雄就認為，固液混合的半固態電池可能是車用動力電池的終極路線。
也有堅決放棄固態電池路線的。“我們完全放棄了固態電池，因為真的無法落地。”美國電動汽車初創企業Fisker的創始人亨里克·菲斯克去年年底很無奈地說道。這種技術，是“當你覺得已經完成了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。”
而另一家固態電池生產商SES（麻省固能）也放棄了全固態電池。據SES創始人胡啟朝介紹，2015年前，SES主要從事固態鋰金屬電池的研發。但是，“很多車企和動力電池企業逐步意識到，這是一個遙遠的夢，為此我們于2015年停止固態鋰金屬電池研發，進而轉向混合鋰金屬電池研發。”
而胡啟朝所謂的“固態鋰金屬電池”，其實就是金屬鋰做負極的固態電池。而對于第一代固態鋰離子電池（石墨、硅做負極），SES認為“目前已經商業化，但優勢并不明顯，能量密度、生產工藝和鋰離子電池相比沒有明顯提高。”這從另一方面說明了行業現狀。
根據市場研究機構SNE Research測算顯示，2030年全球固態電池需求有望接近500GWh。其中，2025年固態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，如果拿現有的動力電池市場規模來對比一下就知道，固態電池不過是杯水車薪。
就目前固態電池的商業化進程來看，呈現兩極分化的狀態。一方面是業內不斷爆出各大企業不斷“加注”投入研發全固態電池的消息，一方面更多的是像SES這樣，放棄量產難度非常大的全固態鋰金屬電池，轉而選擇了固液混合的半固態電池量產路線。
2021年11月，SES宣布自己研發出容量高達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還在上海建設產能為1GWh的超級工廠，計劃于2023年竣工。
對于SES來說，其半固態電池與目前主流的液態鋰離子電池有60%左右的材料、生產制造工藝等產業鏈是共用的，且能量密度、安全性等有明顯優勢，循環壽命也有不錯的表現。雖然需要改造產線，量產以后，能盡快收回投資成本。
就算奔馳，也在做著半固態電池的準備工作。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的孚能半固態電池第一代產品，將在不久后開始測試電池原型產品。”
半固態電池剛剛好
實際上不管什么電池，能不能大規模量產裝車才見真章。這樣看來，全固態電池現在還處在“講故事”的階段，估計得講個十年八年的。
而打著“固態電池”擦邊球的固液混合半固態電池，2021年以來已經頻頻亮相，不斷傳來量產的好消息。而且，現在大部分的企業都是從營銷角度蹭“固態電池”熱點，導致固態電池概念滿天飛，實際上有很多是暗度陳倉。
從年初蔚來發布的“只聽樓梯響”的360Wh/kg半固態電池包，到衛藍新能源、國軒高科的固液混合電池參數曝光，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電池裝車東風E70，都表明了半固態電池的量產明顯加速。
而已經交付50輛網約車的東風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線并投入使用，具備批量化生產能力。
此外，贛鋒鋰電宣稱，第二代半固態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，2023年一季度完成SOP階段。不過，原先預計2022年一季度將完成C樣開發，現在看來沒什么動靜。
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，公司為國內某高端純電動汽車配套的半固態電池實現了續航里程超1000公里，比其第一代車型提高了一倍。此外，國軒高科透露，其半固態電池預計將在2022年四季度開始小批量量產裝車，在2023年實現產業化。
所以，半固態電池相對于全固態電池，時間優勢和成本優勢是明顯的。而且關鍵在于，半固態可以提高安全性（安全性是相對的，超過一定的節點后，更高的安全也無意義）。從業內研發固態電解質的目的來說，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電池試點工廠的日產汽車，其負責先進電池研發的副總裁土井三浩（Kazuhiro Doi）就說，“固態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。如果發生重大事故，固態電池可能會比現在的電池更具災難性。”所以，需要針對固態電池進行更加全面的安全驗證。
從制造層面來說，以衛藍新能源的半固態電池為例，其制造工藝流程和裝備與目前鋰電池的90%以上通用。當然，關鍵的工藝環節，比如混料、注液和原位固態化等環節，操作方式和現在的鋰電池不一樣，成本會增加很多。但是，這個成本是遠遠低于全固態電池的。
此外，全固態的應用還有很多問題，比如低溫性能、成本、規模化量產的裝備突破等，包括很多的技術難關需要解決，如固態電解質的離子電導率較低、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層面。物理層面，由于電池充放電循環中材料會發生體積變大或變小，產生“枝晶”問題，而正極和電解質的顆粒與顆粒之間、層與層之間容易產生縫隙，造成接觸不良影響離子和電子的傳輸，導致電池阻抗增加，容易發生極化問題，電池的倍率性能下降。
所以，無論從設備兼容性、成本控制、技術實現以及性能表現，固液混合電池都完勝量產還沒有影子的全固態電池，也算是液態鋰離子電池的現實“平替”對象。
其實，從常識來說，自然界能讓能量流動的物質，幾乎都是液態，固態天然就沒有流動性。
所以，全固態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電池可能才是現實的終極路線。
畢竟，續航能超過1000公里的半固態電池，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電池呢？
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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