易车原创 早在去年年底岚图追光上市时，就号称是“首款半固态电池车型”，今年年初，塞力斯、蔚来也先后表示搭载半固态电池的改款新车即将推出。而近日丰田也宣布已经克服了全固态电池的耐久性课题，预计2027-2028年就能量产。虽然在新型电池中，半固态电池、钠离子电池、固态电池、锰基电池都属于大家关注的热点话题，但目前来看，还是半固态电池的装车速度“快人一步”。
那么想必很多人会纠结，半固态电池和固态电池到底有多大差别，买新能源要不要等五年后直接买丰田的全固态电池车型？今天就来给大家科普一下。
何为固态电池？
所谓固态电池，就是将液态电池的电解液全部换成固态物质。
首先大家应该知道，目前我们所说的锂电池，无论刀片电池、弹匣电池还是神盾电池，只是配方不同，但结构上基本都是由锰酸锂或者钴酸锂等正极+隔膜+石墨负极+有机电解液组成的液态锂电池，最大的特点就是它的电解液是非固态的。
而固态电池则是将这些液态电解质用固态材料取代，目前主要有硫化物和氧化物两条路线。当然，其他结构材料也会有所变化，例如用硅基材料代替碳基材料作为固态电池负极。由于整个电池材料基本都是固体物质，你可理解为它就像碱性干电池。
至于半固态电池，顾名思义是介于液态和固态的中间产物，它的电解质中采用固液混合形态，电解液含量已经大幅减少，质量占比仅在5-10%左右。就像混动之于纯电，目前半固态电池也被行业内看作是相对于固态电池的过渡性技术。
但在隔膜结构上，半固态电池仍然需要保留隔膜来分隔正负极；而在全固态电池中，隔膜是否需要被保留因各方案设计差异而不能确定。因而，业内也有人认为，半固态电池依然是液态电池，所谓“半固态”，更多是一种文字游戏。
固态电池优势明显
固态电池相比传统液态锂电池，在能量密度、安全性能、电导率等方面都有着明显优势，未来不排除还有成本优势。。
首先是高能量密度，目前三元锂电池的能量密度一般都在200Wh/kg左右，天花板也就250Wh/kg，而使用硅基材料做负极的固态电池，能量密度预计能达到500Wh/kg，甚至更高。
这就意味同样的电池容量下，固态电池可将电池包重量减轻一半以上，纯电车辆续航1000km以上将很容易实现。
其次是安全性能，液态电解质易燃是造成新能源汽车安全问题的根本原因之一，而固态电池把液态电解质转换为不易燃烧的固态电解质，电解质机械和化学特性更加稳定，因此具有不易燃烧、不易爆炸、无电解液泄露危险、不会发生电解液干涸问题、高温性能更好、无胀气等优点，理论上是真正的“零自燃”产品。
此外，由于固态电池的电解质为固体，离子运动速度更快，对高电压、高温环境更具耐受力，因此能够有效提高输出功率、增加续航里程、缩短充电时间。例如使用固体电解质的锂离子电池，工作温度范围可扩展至-50-200℃，远宽于传统锂离子电池-20-60℃的范围，充电时间也可缩短至传统锂电池的1/3。
甚至在成本上也可能更有优势，有研究机构认为，一旦产业链成熟，量产固态电池的成本或将仅为目前锂离子电池的40%。
基于续航和安全方面的优势，固态电池普遍被认为是目前可实现缓解人们“续航焦虑”和“安全焦虑”的重要技术路线，也是新能源跑赢燃油车的真正“超车挡”。
半固态电池是折中方案
固体电池虽然优点显著，但其在电解质稳定性、循环寿命、电池量产成本和对现有供应链冲的击程度也是导致其短期内无法实现产业化的重要原因。因此目前半固态电池就成了“退而求其次”的折中方案。
半固态电池相比传统液态电池依然有明显优势，首先能量密度上，目前国轩高科的半固态电池能量密度已经达到了360Wh/kg，而宁德时代在今年上海车展期间发布的名为“凝聚态电池”的全新电池产品，能量密度甚至能够达到500Wh/kg，一举超越固态电池。而这种凝聚态电池，电解质实际上也一种半固态化的胶质状态，因此它也可以看做是半固态电池的一种。
另外在安全性上，得益于使用固体电解质来替代部分电解液，半固态的电解液不易蒸发和膨胀，相比传统液态电池能一定程度的抑制电池起火和漏液，自燃风险大大降低。
最后，半固态电池还有成本低、技术难度较低以及对现有供应链冲击小等多个优点，相比纯固态电池更容易实现产业化。所以至少未来五年内，它依然是更具有应用价值的技术。
目前，中国的头部固态电池公司，如卫蓝新能源、清陶能源、赣锋锂业、孚能科技等，均已实现半固态电池产业化，其量产产品基本都是以高镍三元正极材料+氧化物半固态电解质+硅基负极的半固态电池。
预计下半年，就能看到更多搭载半固态电池的车型上市，包括蔚来ET7（采用卫蓝新能源150kWh半固态电池包）、塞力斯SF5纯电版（采用赣锋三元固液混合锂离子电池）等。
固态电池依然是未来
相比于液态锂电池基本依赖外部供应商的模式，在固态电池方面很多车企都选择了自研或投资孵化下属企业。很明显，大家都把固态电池看做争夺未来纯电动车话语权的核心技术。
目前如辉能科技、太蓝新能源、卫蓝新能源、Solitor、高能时代、Factorial Energy、恩力动力、SES等国内外固态电池企业，基本都有车企投资。投资方包括华为、小米、宁德时代、欣旺达、梅赛德斯-奔驰、本田汽车、吉利控股、上汽集团、通用汽车、现代汽车、起亚等，阵容相当豪华。
而自研车企如比亚迪、日系丰田/日产、德系宝马/大众等也都在加快自己的固态电池开发。
比亚迪早在2016年就开始了固态电池研发，在国内的相关专利数量几乎位列国内第一。而目前比亚迪的两种固态电池技术路线（氧化物固态锂电池及硫化物固态锂电池）均已完成生产，可进行装车试验。
而丰田的固态电池研发时间更早，其在2008年就已开始布局，目前丰田在全球范围内拥有1300多项固态电池专利，专利数量上遥遥领先于所有对手。
而从结果来看，丰田很可能放弃了氧化物和聚合物固态电解质研究方向，主攻硫化物电解质。早在2012年，丰田就发布了硫化物固态电池，并引发了行业震动。
不过硫化物也是一条最难的固态电池技术路线，所以在量产装车这件事上，丰田频繁跳票。2017年丰田曾宣布将在2020年初开始生产固态电池，并于2025年实现量产。
而到了2021年，丰田又在“2030年电池战略会”上表示，其全固态电池研发“进展并不乐观”，并且全固态电池的导入将“从HEV（混动）车型开始”。
到了2023年6月份，丰田又更新了时间节点。近日在日本静冈县的研究基地丰田召开了一场技术说明会，会上信心满满地表示，“已克服全固态电池的耐久性课题，后面只等着解决了成本问题后，就将全面投入量产并配备在纯电车型上，全固态电池将作为BEV（纯电）车型电池，计划于2027-2028年实现量产化。”
这意味着，或许五年后就能开上搭载固态电池的丰田纯电动车了。
此外日产也在2022年宣布与NASA合作开发新型全固态电池，并计划2028年推出搭载全固态电池的电动车型。
德系品牌中宝马和大众都计划2025年用上固态电池，宝马是与美国初创公司Solid Power合作，计划2025年之前推出第一辆采用全固态电池的宝马原型车，2030年之前将实现全固态电池的量产。
编辑总结：在传统燃油车上，发动机和变速箱往往是容易被卡脖子的地方，而到了新能源时代，瓶颈却不再是动力电机，而是动力电池。目前来看，真正被认为能让电动车储能和安全跃升一个档次，同时对燃油车弯道超车的，还是固态电池。目前各大车企以及电池供应商等也都在向着这个方向推进，预计固态电池真正在汽车领域大规模商业化应用，大概时间也就在2025-2030年之间。谁能率先突围，我们不妨拭目以待。
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*文中部分图片来自网络
责任编辑: 田忠朝
