半固态电池离全固态电池还有多远？
摘要
智己汽车即将量产搭载准900V超快充固态电池，该电池续航突破1000公里且充电性能强，安全性高。比亚迪腾势总经理赵长江对此提出质疑。智己L6使用的清陶能源半固态电池保留了隔膜，并计划逐步减少电解质中液体含量，最终迈向全固态电池。隔膜在锂电池中至关重要，但已有无隔膜半固态电池技术方案。清陶能源计划取消隔膜，为未来电池技术发展提供方向。尽管全固态电池商业化仍面临挑战，但这一研发趋势值得期待。
正文
2024年3月25日，智己汽车官宣了“行业首个准900V超快充固态电池即将量产上车”的消息，不仅突破1000公里续航里程，还具备充电10分钟续航400km的快充性能，且满足整包无热蔓延不起火的超级安全，为用户消除了里程焦虑，补能焦虑以及电池安全顾虑。
不过比亚迪腾势销售事业部总经理赵长江发微博表示此时“宣传半固态车用电池的就是在玩文字游戏”，让人感觉似有所指（微博后面已删除）。那么智己这次的固态电池是什么来头？到底是文字游戏还是重大创新，离全固态电池又有多远？本文带您一探究竟。
一、智己L6半固态电池解析
智己L6在官方宣传的时候，固态电池的示意图上是没有显示隔膜的，一方面可能是为了突出氧化物固态电解质在电池中的位置，另一方面也可能原本就没有隔膜。
要知道目前主流宣传的固态电池其实都是半固态电池，并且保留了隔膜，跟液态电池并无显著区别。如果真能去除隔膜，那也是技术的一大进步。
不过在随后3月26日智己CEO与清陶总经理李铮的抖音直播中，详细地介绍了该车搭载的固态电池技术，又回到了清陶在23年11月就重申过的固态电池三步走战略。
其中智己即将搭载的是其第一代半固态电池，采用三元高镍正极以及碳硅负极，电解质中液体含量5—10%，以氧化物电解质为主，添加了聚合物形成复合电解质（IPC），工艺上采用纳米固态电解质涂覆以及固态电解质层成型。
而第二代准固态电池的核心才是取消隔膜，并进一步提高固态电解质电导率，然后把液体含量降至5%以下，并且负极含锂来提高能量密度。
而直到第三代才是真正的全固态电池，可采用金属锂负极实现500Wh/kg的超高能量密度。
虽然目前的有机隔膜主要成分是聚乙烯PE以及聚丙烯PP, 跟我们日常使用的塑料袋成分一样，但是塑料袋按斤卖，而隔膜是按照平米来卖的，可见这层隔膜的技术含量要比塑料袋高几个量级，在锂电池中有着非常重要的用途：
1. 首先，顾名思义，隔膜的主要作用是电子隔离，将正负极材料隔开，避免其接触导致的短路，能够有效阻止自放电，保证电池的安全以及循环等性能。这就要求其不能跟正负极反应，而且要满足主流锂电池0-5V的电压稳定性。
2. 其次，隔膜必须要通锂离子，必须是多孔结构，孔隙率一般在30~60%之间。加上有机隔膜的密度偏小，厚度也才10μm左右，其在电芯中的质量占比一般不到5%，甚至在高比能电芯中占比不到3%，不影响电池能量密度的发挥。
相比于有机隔膜，固态电解质隔膜要么做得特别厚（超过25μm），要么就很难阻止自放电，而且由于电压稳定性不足以满足0-5V要求，经常要复合使用，比如丰田的固态电池负极用卤化物和硫化物。
此外，固态电解质的密度在3~5g/cc, 在全固态电池中占比较高，一般在22%以上。而高比能电芯的电解液和隔膜的质量占比很低，一般也就10%左右。
所以说单纯从能量密度来看，液态电池要比固态有优势，所以高比能的全固态电池一般采用更为激进的锂金属负极，属于越级打击，但是其安全性能不容乐观。
二、无隔膜半固态电池技术
上述分析可知，目前清陶量产的是有隔膜的第一代半固态电池（其实叫做半液态电池也许更合适），而智己宣传的是无隔膜的第二代准固态电池，还要几年才能面世。那么目前有没有无隔膜的技术方案呢？
其实没有隔膜的半固态电池方案早就有了，那就是此前介绍过的台湾辉能的技术，其在龙年春节期间宣布全球首条“固态电池”生产线正式在桃园量产，初期产能0.5GWh，最大产能可达2GWh。
需要注意的是，辉能的固态电池虽然取消了PE/PP隔膜，但是其复合电解质隔膜的密度更高，且厚度也更厚（此前计划从45μm降低到了25μm,是目前PE隔膜的12μm的两倍以上，主要为了避免自放电），导致电池的能量密度降低了：采用50% SiOx负极的软包电池能量密度才266.8Wh/kg, 而类似体系的液态电池能量密度能达到350Wh/kg.
清陶其实在第二代固态电池上是打算取消隔膜的，并且称之为准固态，说明离全固态更近一步。而当前第一代电池清陶也是通过离型膜转移涂覆的形式，将固态电解质转移至极片表面，官方称之为干法一体成型。
不同的是，清陶能源将固态电解质做在了正极侧，而辉能科技将电解质层做在了负极侧，这样的方案在为全固态电池奠定工艺基础。
不过即便是取消了隔膜，其实半固态离全固态电池的距离依然相当的遥远。最近宁德时代CEO曾毓群在接受Financial Times的采访时就坦言：全固态电池这项备受关注的技术还不够完善，缺乏耐久性，而且依然存在安全问题。虽然CATL该领域已经花了10年时间，在实现固态电池可行性的竞赛中“首屈一指”， 但是将这种电池推向市场还有很多困难。
实际上，宁德时代的研究小组的目标并不是全固态电池，而是使用半固态材料的凝聚态电池。其原型已经投入生产，且能量密度达到了500Wh/kg, 是传统电池的两倍。
小结：半固态离全固态电池至少还差一层有机隔膜的距离，这层有机隔膜的厚度已经来到了10um以下, 虽然成本占比很低，但对于电池的能量密度、功率、循环寿命、安全等有显著影响。
清陶的第一代固态电池保留了隔膜，只是在液态电池的基础上添加了固态电解质，称之为半液态更合适一些，短期内也无法让上汽王者归来。辉能的半固态去掉了这层隔膜，虽然在能量密度上牺牲很大，但至少朝着全固态电池更进一步，称为半固态名副其实。
在全固态电池商业化依然遥遥无期的现实情况下，至少还有公司专注于无隔膜的半固态电池，虽然任重而道远，至少犹如在黑暗中点亮的一盏灯，有望把全固态电池渐渐地从理想照进现实。哪怕没有在EV领域广泛应用，至少能在消费电子或者HEV等领域占据一席之地。
