半固态电池领跑未来：技术突破还是成本桎梏？

本篇文章的部分核心观点、图表及数据，出自西部证券于2024年10月22日发布的报告《固态电池行业深度系列报告-固态电池系列一：产业化进程加速，材料体系迎来变革》，如需获得原文，请前往文末下载。

随着全球能源结构的转型和新能源汽车的快速发展，电池技术成为推动这一变革的核心力量。在众多电池技术中，固态电池因其高能量密度、高安全性等优势被视为下一代动力电池技术的突破口。半固态电池作为固态电池技术发展过程中的一个重要阶段，已经实现了商业化应用，但其在产业化进程中仍面临诸多挑战。

关键词：半固态电池、固态电解质、能量密度、安全性、产业化挑战

固固界面问题：离子传输的障碍

半固态电池在实现商业化应用的过程中，首先需要解决的是固固界面问题。与传统液态电池相比，半固态电池的电解质和电极材料均为固体，缺乏流动性，这导致固-固接触面的浸润程度较低，难以保持完好的界面接触。在充放电过程中，接触电阻升高，不利于离子在正负极之间的传输，电导率下降，影响电池的充放电性能。此外，高阻抗还会造成电池容量衰减和循环寿命下降等问题。

根据西部证券的行业分析报告，半固态电池的能量密度达到了368Wh/kg，这是一个重要的数据点，表明半固态电池在能量密度上相较于传统液态电池有了显著提升。然而，界面问题的存在限制了这一性能的进一步发挥。为了解决这一问题，研究人员正在探索多种方法，包括改进固态电解质的制备工艺、优化电极材料的表面处理以及开发新型的界面修饰技术。这些方法旨在提高界面的接触面积和稳定性，从而降低接触电阻，提升电池的整体性能。

锂枝晶问题：安全风险的隐患

锂枝晶问题在半固态电池中依然存在，这是由于锂金属在电池充电过程中形成的树枝状金属结构。这些结构可能刺穿电池的隔膜，导致电池短路和失效，是电池安全性能的重大隐患。在半固态电池中，尽管陶瓷材料相比传统隔膜刚性更强，不容易被锂枝晶刺破，但锂枝晶的生长仍然是一个需要解决的技术难题。

数据显示，半固态电池在循环次数和倍率性能上相较于全固态电池有所差距，这在一定程度上限制了其应用范围。为了抑制锂枝晶的生长，研究人员正在探索使用新型的负极材料，如硅基材料和锂金属负极，以及开发更高效的电池管理系统（BMS），以实时监控和控制电池的工作状态，防止锂枝晶的形成。

高成本问题：产业化的拦路虎

成本问题是半固态电池产业化进程中的又一大挑战。固态电解质中使用的稀有金属价格昂贵，掺杂元素越多，电解质成本越高。根据产业调研，目前聚合物电解质成本较低，而氧化物和硫化物电解质的成本则相对较高。半固态电池的成本已具备量产条件，但仍高于液态电池，全固态电池的成本问题尤为突出。

为了降低成本，行业内正在探索多种途径。一方面，通过规模化生产和技术创新来降低材料成本和制造成本；另一方面，开发新型的固态电解质材料，减少对稀有金属的依赖。例如，中国科学技术大学马骋教授团队开发的锆基氯化物体系，其原材料成本预计在11美元/公斤左右，远低于传统的硫化物电解质，这为降低固态电池成本提供了新的可能性。

总结

半固态电池作为固态电池技术发展的重要里程碑，已经在能量密度和安全性上展现出了显著的优势。然而，固固界面问题、锂枝晶问题和高成本问题仍是制约其进一步发展的关键因素。随着材料科学、界面工程和制造技术的进步，这些问题有望得到解决，从而推动半固态电池技术的商业化进程。未来，随着技术难题的攻克和成本的降低，半固态电池有望在新能源汽车、消费电子和储能等领域发挥更大的作用。