摘要：半固态电池主要变化在电解液，是全固态技术成熟前的折中尝试。依据电解液质量含量不同，电池可细分为液态(25wt%) 、半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四大类。由于全固态电池界面问题技术难度大，短期难以解决，半固态理念在中国率先
1、半固态电池技术路径
半固态电池主要变化在电解液，是全固态技术成熟前的折中尝试。依据电解液质量含量不同，电池可细分为液态(25wt%) 、半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)四大类。由于全固态电池界面问题技术难度大，短期难以解决，半固态理念在中国率先展开。
半固态案逐步降低电解液含量，同时引入固态电解质，以部分改善安全性能。由于仍有电解液存在，我们认为半固态并非液态到全固态的线性迭代，而是产业化初期的探索方向之一，其发展可以为固态电解质的产业化打好基础，但半固态电池产业逻辑本质还在于相较于液态电池在性能与成本上是否有改善。
目前半固态主要方案包括：极片固态化、隔膜涂覆、原位聚合等。
（1） 极片固态化：正负极包覆固态电解质，是利用固态电解质对正负极进行孔隙填充和表面修饰的方案，将原本渗入多孔电极孔隙的电解液替代为固态电解质进行传导，以减少电解液的用量，部分提高电池安全性能。极片固态化技术关键点在于改善固态电解质离子电导率，固态电解质纳米化等。
（2） 隔膜涂覆：是利用固态电解质离子传导、电子绝缘特性，将固态电解质涂覆于隔膜基膜复合使用的方案，可以减少电解液用量、提升安全性能，相较氧化铝涂覆可改善电解液与隔膜的浸润性。目前 LATP 氧化物电解质涂覆隔膜应用较多，固态电解质要求纳米级。
（3） 原位聚合：是将聚合物单体、交联剂、引发剂以及液态电解质混合，注入电池、真空焊封后，通过加热或 UV 辐照聚合形成凝胶固态电解质网络的方案。由于还保留了部分电解液，充分浸润使凝胶与电极和隔膜能紧密接触，可减少界面阻抗。原位聚合技术关键点在于电解质的组成（包括液态电解液的配方，引发剂交联剂的结构设计），工艺流程中固化、化成工艺的工艺参数和工艺顺序等。
2、半固态 VS 液态：性能和成本对比，半固态短期未占优
安全性能方面，液态电池热蔓延控制技术进步明显，半固态电池的安全优势有待进一步验证。
（1） 电芯产品层面：近年来，液态电池通过本征安全+主动被动的安全措施，在热蔓延控制技术进步明显。除了从电芯材料层面提高本征热安全性外，电池包系统层面的泄压阀设计，电池包层级的热隔断、主动热管理，乘客舱层级的上盖防火毯、预警装置等措施近年来不断升级，可降低热失控后的热蔓延风险。以宁德时代为例，使用 NP2.0技术的电池在热失控时的峰值温度与 NP1.0 技术的峰值温度降低了 270℃。宁德时代 23 年初量产了 NP 2.0 技术，新的 NP 3.0 等技术更强大。
（2） 电池标准层面，液态电池安全性仍有提升预期。2024 年《电动汽车用动力蓄电池安全要求征求意见稿》相比21年版本在安全性标准上进步较大，几个重要的变化在于：①要求针刺或加热等热扩散试验后整个电池包不着火、不爆炸，该要求是首次被提出。②要求单个电芯热失控后试验环境之下保持两个小时，电池包温度不超过 60℃。③逃生时间方面，上一代国标要求单个电池热失控 5 分钟之内要有报警信号，这一代还要求后续 5 分钟内无可见烟气进入乘员舱。该意见稿由电池厂主要参与，后续预期液态电池安全性仍有明显提升空间。
（3） 学术论文层面，半固态并非是改善热安全性唯一方式，勃姆石涂覆、电解液改性等方式均可改善电池热安全性。根据学术论文《High-Voltage and High-Safety PracticalLithium Batteries with Ethylene Carbonate-Free Electrolyte》，LATP 氧化物电解质隔膜涂覆半固态相比勃姆石隔膜涂覆的液态电池在热失控温度上提升了 15 度左右（从 147 度提到 162 度）。除了隔膜涂覆方式外，学术论文《Improving the Safetyof HED LIBs by Co-Coating Separators with Ceramics and Solid-State Electrolytes》中，在进行无 EC 电解液改性后，也可以将电池热失控温度从 196 度提到 260 度，提升幅度大。这意味着半固态电池的涂覆并非是改善热安全性唯一方式。
经济性、性能、制造综合比对，整体来看，半固态用更高成本、并牺牲部分倍率性能，换取一定安全性提升。以 LATP 隔膜涂覆半固态电池为例，相比液态电池勃姆石涂覆，LATP 在短期经济性、工艺良率不占优，性能有优有劣；远期优势不够明显。半固态当前受制于良品率等因素成本较高，长期和勃姆石涂覆的液态电池处于同一水平。从性能、经济性、工艺等条件对比，以 LATP隔膜涂覆为代表的半固态电池在经济性和性能上相比液态电池隔膜涂覆尚未明显占优。
3、全固态 VS 半固态 VS 液态：性能和成本对比
从性能、经济性、工艺等条件对比，全固态电池远期性能潜力大。全固态电池适合对安全性和能量密度需求大的领域，是对现有高能量密度体系的升级方案。其牺牲了少部分性能，用更高成本换取了本征高安全性，且能量密度上限更大，是锂电池长期发展方向之一。
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来源：思瀚研究院
