固态电池潜在核心优势辨析

最近两年，固态电池的热度似乎反而在进一步升温，大有成为所有科技中扛把子明星的趋势。在这背后当然应该存在很多方面的原因，比如全社会对于电池技术突破的渴望，各利益相关方的支持，以及固态电池本身的潜在核心优势等等方面。

但是从目前业内流传的各种文章/视频的解读资源来看，可能很多人对于固态电池的认识已经与其实际的情况产生了偏差，而对于该技术的未来期望也应该基于其潜在优势的分析进行合理管理。因此笔者想借今天的机会，和大家简单辨析几个核心概念，帮大家理性实际分析一下固态电池的潜在核心优势到底在哪里。  

声明：本文为笔者业余时间所作，观点只代表个人，不代表任何组织和机构，评论也是基于全行业情况而言，不特别针对任何一家企业。  

以及：本文一张图也没有，懒的放了。请有兴趣的读者耐着性子读完，欢迎留言讨论：）

1.能量：是”使更高能量密度成为可能“，而非“固态电池就可以带来更高的能量密度”  

更高的能量密度自然是我们对于所有电池技术尤其是高端技术的一致期望，然后在这里如果各位搜索网络，基本上很容易看到这种说法：“固态电池是下一代技术，能量密度可以高到XXX”，可见大家的期望之殷切。  

不过在这里就要说一下：任何电池的能量密度的直接贡献都来自正极（活性物质）+负极（活性物质），而固态电池究其定义核心还是电解液/质固态化变成固态，而电解质本身是不能贡献任何容量/能量的。整体来说尤其是在半固态体系，使用的正负极材料并没有明显脱离传统范畴（全固态可能变化大些，在这里先不展开了）。  

所以它可以怎样使更高能量密度成为可能呢？个人认为主要的机制/期望是：1）固态电解质的更好的安全性带来的兼容更为激进正负极体系的能力；2）固态电解质对于现有电芯结构/设计改进，减少各种非活性物质的占比——像半固态技术里说的液态组分占比降低的技术描述就是如此。  

总体来说，以上两点已经在一些基本量产的（半）固态电池上有了一些体现，比如卫蓝-蔚来的360Wh/kg的电芯等。但是如果细论一下：1）固态电解质带来的兼容更激进正负极化学体系的能力可能还需要进一步证实，考虑到能量和安全两个维度性能的天然一定程度上的“翘翘板”效应，以及电池的安全性（尤其是热方面）并不是只来自于阻挡内短路（这是尤其是全固态电池的一大期望），那固态电池技术能量密度上的优势究竟能有多大其实是一个很有意思的值得分析的问题——已经量产的140kWh某麟电芯方形的也可以达到280+Wh/kg呢，换算成软包妥妥的300以上，相比于现在的固态的顶尖电芯的性能有多大的劣势呢？2）而固态电解质对于现在电芯结构设计带来的改进这个方面，很遗憾目前很少有企业愿意在公开场合说的比较清楚：a）半固态的液态物质的实际用量究竟是多少g/Ah？最后化成后的成品的电芯中的自由液态物质是多少；b）电解质固态化后，能不能让电芯结构进一步简化？隔膜能否去掉？电解液/质层的厚度会是多少？电解质层（尤其是全固态）做薄技术上是不是可行，验证做了多少了？  

恐怕这些问题都需要回答清楚后，才能给我们一个更好的答案，以对于固态电池的能量密度的潜在优势的实现有一个更好的理解。  

2.功率&快充：其实可以相对短板一些，硬吹这块的优势难以理解  

根据笔者的观察，一定程度上大家可能已经也接受了/理解了固态电池等新一代技术的核心特征：高能量密度 + 一定程度上的功率和快充性能的妥协。从实际上看，以固态为代表的高比能方向可能也走上了弱化功率和快充的方向，比如我看到了一个B站上的充电视频，上面说360Wh/kg/150kWh蔚来固态电池（车）的充电最大功率大概是75kW左右，这当然比起现在卷快充的路线（各种卷到400/500kW）已经是另一条道了。  

根据笔者观察，半固态电池最近一年逐渐有一些快充的数据放出，而且可能是经过团队的努力，逐渐的有不少电芯的快充能力是有所提升了，至少接近传统体系了，而考虑到这类电池的能量密度优势，应该说综合指标上还是有一定竞争力的。  

不过好玩的事在于，目前有很多（基本三无出处这种）的文章都在说固态电池也可以达到5~10min （10~80%SOC）这样的快充，甚至是针对硫系全固态，对此笔者还是要旗帜鲜明的表示怀疑。总体来说，固态电解质的电导率不比液态高，固固界面更是难搞，然后各种高比能技术往上堆都在优先卷能量密度，在这些前提下怎么看还能达成快充都像是吹牛，而在全固态方面的宣传是尤其的重灾区：1）即使是学术文章都是各种勉强常温做性能测试而大把的高温测试（你觉得是为什么？）；2）你们的全固态电池到底做成多大容量了？别拿着什么1层2层之类的数据组合出来说快充，这玩意和几十Ah的电芯就两码事儿；包括你说的什么26年装车是装哪门子车，是不是只是放个内部测试车，不是量产上市啊？3）本人不是说看衰锂金属，而是觉得你说的实在点，高比能锂金属路线那快充暂时差点这个事儿没问题，结果一些文章就动不动开始“1000公里续航+3/5分钟充满”，这个就是属于把不同路线/设计的优点硬拼在一起的吹牛逼。  

所以，一个技术方向有其优缺点都正常，做好扬长避短即可，但是要是硬拔高一些理论上都很难存在的优势的话，我觉得就问题比较大了。  

3.成本：成本优势到底从何而来？  

其实最近一年多来，因为行业和大形势的变化，追求低成本化已经成为了各家的一致发力点。传统锂离子电池其实成本已经非常透明，价格也相当低了（卷到好多赔钱的……），那其实稍微较点真就知道，看成本拆解，就看BOM，以及算好摊薄的设备折旧+人力+燃动等这块，根本就是极端透明，没有什么太大的猫腻可言。  

而且传统电芯的设计方面也已经把各方面的空间利用等的潜力挖到了极致。什么Z向优化，复合集流体，7um厚的隔膜，壳体薄一点，基本能榨的优势都用的差不多了。  

然后在这一个方面，不管是半固态和全固态，其声称可能的成本优势潜力，可能具体来自于哪呢？  

1）BOM——活性材料：如果的确能使用更激进的化学体系而且传统电芯又用不了，然后新的体系材料又便宜，这个逻辑有可能通（落实到RMB/Wh上），当然实际上更激进的化学体系的价格能怎样演化，就是另一个问题了。  

2）BOM——非活性材料：这是笔者更忧虑的点。传统电解液的成本是？固态电解质的成本究竟为？这个镧/锗/银用起来我看着是挺害怕的，不知道期望把这个方向工业化的人是怎么看这个问题的？包括一些新型的高分子，能不能做的量大又便宜呢？全固态的关键原料硫化锂的价格到底能什么时候降到什么程度呢？  

3）生产工艺——半固态电芯总体来说似乎传统电芯该有的结构和成分基本都没落下（当然可能电解液/质这块有些调整），那几乎可以确定其生产方面就是传统的该有都要有，然后固态化可能带要有一些额外的工序，比如粉体处理/隔膜处理/固态化等等。那全算下来之后，总体的工序只多不少，在这方面似乎很难可以期望其能带来成本前景。而对于全固态来说，应该是具有电芯结构设计的变革优化的前景的，而相应在生产上也会有很不一样的地方（有减少工序的很大潜力）。不过硫化物对环境的敏感性、高压力的处理工艺等的需求，算下来在这方面是不是能够有足够优势可能是需要严肃计算一下的，不能只靠口嗨。  

4）至于和一些新型降本技术的结合，这个恐怕不是固态电池的独有。像高压锰系材料、干电极：如果你能用，传统体系也能用，降本一起降，降后应该大概率还是传统体系更便宜。  

小结一下：其实如果新一代先进技术只是略贵一点但是性能好，那也没什么太大不了。更便宜的铁锂的市占率也没见的把三元的领地全占光，咱固态只要真做好了，略贵一点（个人认为是很有希望实现的，尤其是对半固态，全固态成本真算不清楚还）也是可以有自己的细分领域的。但是如前面笔者批评的：好多奇怪的自媒体把好多优势杂揉在一起张口就来：1000+km + 几分钟快充 + 比现在的技术便宜个50%（比如说），真的就是吹牛太明显，无力吐槽。

4.安全——热失控热扩散好好理理呗

从道理上来说，固态电池理应拥有更好的安全性——电解液从传统可燃酯类液体（部分或全部）变成更安全更惰性的固态电解质。然后现在的电池安全实际上大家集中关注的就是热失控领域，那围绕着热安全去评估电池（做做ARC实验），以及最简单的指挥棒：你得能过GB38031的热失控热扩散要求——当然其实系统级的意义更大（而且新版加强要求已经在路上了）。  

其实在热安全方面，最大的问题在于电芯的热失控不是只始于内短路的发生，而是电芯内部温度升高后会有各种复杂的反应，正极/负极的分解释放的东西经过液相可以直接反应，包括电解液与正负极高温下的加速老化和更剧烈的副反应等等。所以只是可以拦住内短路（这一固态电解质的声称的优势）其实对于电池安全的贡献是没有那么大的。  

那然后呢？半固态电池的存在的液相我也可以更换成一些更安全的体系，以及放入阻燃添加剂——那问题来了，传统体系是不是也可以更换和添加呢？还是说只要这么做了安全性高了就是固态了呢？  

其实究其问题还是在于，电池中最重要的还是正负极活性物质：能量密度来自于这俩，同样的：安全也极大取决于这俩东西。如刚所说，光把它俩物理隔开避免短路对于安全的贡献效果其实并没有想像的那么大，那如何利用好各种安全机制来配合做好固态电池的安全才是重中之重。  

而特别对于全固态电池来说，我的观点则是：安全优势同样未验证，硫化物体系与正极负极在一定温度下的反应放热行为已经有不少学术研究论文介绍了，恐怕并没有想像的那么完美，另外我也不太清楚遇水就释放硫化氢的这么个玩意到时候出现事故了怎么灭火和处理。以及：目前做了安全测试的硫化物的全固态电芯一般最大容量有多少了呢？  

总结一下：也不想特别总结了，1）看38031的要求；2）不是阻止了短路就是所有；3）所有工况各种正负极的匹配能都保证阻止短路不？  

总结：前景广阔，任重道远  

个人认为，固态是非常重要的技术方向，对于电解质的改性对于电芯性质的改进以及潜在对于电芯设计的革新前景是值得期待的，不过我们也需要对于固态技术的优缺点有一个更实际、基于实际应用和工业化视角的客观评估。卷宣传有不得已的成分都理解，可是无论如何把东西做好，才是核心中的核心。  

写这篇文章看看大家的反响如何，有什么想了解的其它东西，欢迎留言，如果大家需求大，可以后面关于固态电池继续写几篇。  

感谢大家一直以来的关注和支持。  

以及最后还是安利一下自己的书：《锂光——动力电池硬核入门》。本书填充了业内动力电池科普书籍的空白：最新出版涉及到了最近两年的行业技术发展情况，把行业涉及的所有领域做了有广度的总结，对于新人入门更友好。该书涉及了材料、电芯设计、电芯生产、系统设计、电池物理性能、技术挑战、前瞻技术等多个方面，基本完整的覆盖了动力电池的主要相关技术，构建了比较完整的知识体系，而且基于国际市场的眼光介绍分析了行业目前（2023~2024）的整体发展情况，可以给予读者最新的知识以及视角。