什么是半固态锂电池？半固态锂电池用于电动汽车吗？

固态锂电与目前锂电池的最大区别在于固态电解质，固态锂电采用固态电解质以后，一方面可以提升电池的电压平台，进一步提升电池的能量密度;另一方面，在固-固反应中减少了气体的排放，提升了电池的安全性能。

　　尽管固态锂电池相较于目前主流电池体系好处多多，但固态锂电池技术的研发也并非一帆风顺。妙盛动力科技有限公司董事长邱则有日前在接受电池中国网采访时表示，全固态锂电池功率密度偏低、界面阻抗过大、循环次数低等技术难点一直未取得关键性突破，短期内很难快速产业化。但邱则有认为，半固态锂电池在技术上相对较易实现，目前该公司已在探索。

　　持上述观点的业内人士不在少数。日产研究与先进工程高级副总裁浅见孝雄曾表态称，尽管全固态电池在实验室里确实表现不凡，但如果将其做大并放入汽车中，在续驶里程、安全和成本方面仍无法得到保障，技术上还需要更多突破。他认为，到2025年前，全固态电池技术还无法完善地应用在电动汽车上，其中的障碍包括成本和生产难度等。

　　“固体能源系统公司”创始人胡启超也表示，很多人试图找到百分之百完美的固态电池技术，但短期内有很多技术瓶颈难以攻克，“所以我们认为，半固态电池方案更好”。

　　江西赣锋锂业股份有限公司董事长李良彬认为，固态电池的产业化将会分为几个阶段，不会一蹴而就。“我们今年计划在宁波建一个0.2-0.3GWh的中试生产线，产品与现在锂离子电池仍有很多相似之处，区别在于在隔膜上涂了一层固态电解质，我们称之为第一代产品。”李良彬进一步补充道：“未来我们还会有第二代、第三代固态电池产品，到第三代应该就是真正的固态锂电池，采用固态电解质，负极用金属锂，正极可能用811。”

　　下一代锂电技术引全球企业角逐

　　固态锂电池产业化过程注定要像三元锂电池技术路线一样，需要技术上的不断突破，需要成本上的大幅下降，方能逐步走出实验室，广泛应用于新能源汽车上。但作为下一代电池代表的技术方向，固态锂电池有望大幅提升新能源电动汽车的续航里程，真正推动电动汽车大规模普及应用，多个国家都在抓紧技术研发布局，力争在未来锂电竞争中抢得先机。6月15日，日本国立研究机构——新能源产业技术综合开发机构(NEDO)在东京召开新闻发布会，宣布启动第二阶段固态锂离子电池研发项目，并为此斥资100亿日元，成员包括23家整车及电池、材料厂商，另外还有15家大学及公共研究机构。而此前，日本锂离子电池技术与评估中心财团从日本经济产业省那里获得了1400万美元的资金支持，最终目标是在2030年之前共同研发出一种能够支持800公里续航里程的电池。对此，中国电动汽车百人会理事长陈清泰表示，锂电池领域日本企业被中国企业赶超，这一新项目日方将举全日本之力推进研发，力争夺回电池产业的霸权。同时陈清泰还认为，这种竞争会激励中国企业加倍努力。

　　不只是日本，在固态电池领域，中韩及欧美等国家和地区也在发动攻势。中国方面，中科院青岛能源所、中科院宁波材料所、宁德时代、中航锂电、比亚迪、赣锋锂业等多家研究机构和企业都已开始固态电池的研发工作。德国的奔驰、宝马，韩国的三星SDI、现代等多个国家的企业都在该领域布局。随着动力电池能量密度的不断提升，传统的三元材料NCM622逐渐无法满足高能量密度动力电池的设计需求，因此Ni含量更高的NCM811材料的应用逐渐普及，我们知道在三元材料NCM和NCA材料中Ni的含量直接决定了材料的可逆容量，这主要是因为在充放电过程中Ni有两个价态变化：Ni²⁺／Ni³⁺，以及Ni³⁺／Ni⁴⁺，因此当Ni的含量达到0.8时NCM材料的可逆容量能够达到190-200mAh/g，基本满足300Wh/kg高比能电池的设计需求。然而人们对高比能动力电池的追求是永无止境的，例如美国提出的“Battery 500”计划，就是要开发出能量密度达到500Wh/kg以上的下一代锂离子电池，因此人们也在不断的对容量更高的正极材料进行研究，例如推出Ni含量达到0.9的NCA和NCM，以及NCMA材料^【1】，使得正极材料的可逆容量达到220mAh/g以上。

然而，通过提高Ni含量提高正极材料的容量方法并不能够彻底解决正极材料容量偏低的问题，这主要是因为随着Ni含量的增加，会导致高Ni材料的稳定性变差：一方面高氧化性的Ni⁴⁺会引起正极／电解液界面的稳定性降低，引起电解液的氧化分解；另一方面Ni含量的提高还会造成材料自身的结构稳定性变差，导致材料的循环性能加速衰降，这些因素都限制了三元材料中的Ni继续提高。

由于上述因素的限制，目前高镍材料可逆容量的提升已经逐渐进入了一个瓶颈期，那么继续提升正极材料可逆容量的路在何方呢？要解答这个问题我们就首先需要了解锂离子电池的工作原理，我们知道在锂离子电池充电的过程中Li⁺会从正极脱出，经过电解液扩散后到达负极表面，嵌入到石墨负极之中，为了维持电荷的中性环境，因此正极还要给出一个电子，经过外电路到达负极的表面，而如何给出这个电子恰恰是影响正极材料容量的关键。通常正极材料中的过渡金属元素对外层电子的束缚较弱，因此更容易给出电子，例如NCM材料中的Ni元素从Ni³⁺转变为Ni⁴⁺就是由于充电的过程中Ni元素提供了一个电子，过渡金属元素提供电子的好处是可逆性强，因此材料的循环性能通常也比较优良。但是，过渡金属元素提供电子也存在一个严重短板——过渡金属元素原子序数通常比较大，因此也就导致正极材料的比容量通常比较低。