在當下的電池技術領域，半固態電池與三元鋰電池無疑是兩顆備受矚目的 “明星”，被眾多終端設備制造商列為熱門之選。這兩款電池看似都服務于同一目標 —— 為設備提供動力，實則在諸多關鍵維度上大相徑庭。那么，究竟是哪些內在因素，塑造了它們各自的特性，讓彼此走向不同的技術與應用路徑呢?接下來，格瑞普小編將從多個核心維度深入剖析，引領大家穿透表象，深度洞察半固態電池與三元鋰電池本質差異。

　　一、什么是半固態電池與三元鋰電池

　　半固態電池

　　定義：半固態電池是一種介于傳統液態電池和全固態電池之間的電池技術。它的電極材料部分或全部采用固態形式，而電解質則是固態電解質與液態電解質混合的體系，或者是含有一定量液態電解質的凝膠態物質。

　　結構特點：半固態電池的結構與傳統液態電池類似，但在電極和電解質的組成及分布上有所不同。其電極通常采用高鎳多元材料、富鋰錳基材料等作為正極，碳硅負極等作為負極，以提高電池的能量密度和充放電性能。電解質方面，既包含具有高離子電導率和良好穩定性的固態電解質，如氧化物、硫化物等，又含有少量液態電解質，以改善離子傳輸效率。

　　三元鋰電池

　　定義：三元鋰電池，其陰極成分包含鎳、錳和 鈷的鋰離子電池。

　　結構特點：三元鋰電池一般采用疊片軟包電池工藝，具有較高的能量密度和較好的充放電性能。其正極材料為三元材料，負極材料常采用石墨或硅碳負極等，以提高電池的容量和充放電效率。

　　二、半固態電池與 三元鋰電池的循環壽命有哪些不同?

　　●循環壽命數值范圍差異：

　　半固態電芯循環壽命最高可達2000次以上，能量密度可達 280~350Wh/kg，循環壽命也有進一步提升10%。

　　NMC三元鋰電池一般循環壽命在1000次左右，1000次循環后容保率超 80%。

　　●影響循環壽命的因素不同：

　　半固態電池：其采用半固態電解質，電極與電解質間的接觸更加穩定，在充放電過程中，能夠減少電極材料的脫落和副反應的發生，從而延長循環壽命。并且，半固態電解質本身的化學穩定性和熱穩定性較好，不易在循環過程中發生分解、變質等問題，進一步提高了電池的循環性能。

　　三元鋰電池：作為傳統液態鋰離子電池，液態電解液在長期循環過程中會不斷地與電極材料發生反應，導致電極材料結構的破壞和性能的衰減。同時，三元材料中鎳含量較高，在充放電過程中，高鎳正極材料容易發生結構變化，如從層狀結構向尖晶石結構轉變，導致材料的電化學性能下降，進而影響電池的循環壽命。

　　●循環壽命對實際應用的影響不同：

　　半固態電池：較長的循環壽命使其更適合于對電池壽命要求較高的應用場景，如低空經濟（無人機）、電動汽車、儲能電站等。在電動汽車領域，長循環壽命意味著電池在車輛的整個使用壽命內，能夠保持較好的性能，減少因電池性能衰減而導致的續航里程下降和更換電池的頻率，降低了用戶的使用成本。

　　三元鋰電池：雖然其循環壽命相對較短，但在一些對成本較為敏感、對電池壽命要求不是特別苛刻的應用場景中，仍具有一定的優勢。例如，一些消費電子產品，其使用周期相對較短，通常在幾年內就會被更新換代，因此 三元鋰電池夠滿足其在使用期間的性能要求，同時其相對較低的成本也使得產品更具市場競爭力 。

　　三、為什么半固態電池的安全性通常比三元鋰電池高?

　　●熱穩定性

　　半固態電池：半固態電池采用了固態電解質或固態電解質與液態電解質混合的體系，固態電解質具有較高的熱穩定性，不易揮發、不易燃燒，在高溫環境下能夠保持較好的性能，降低了熱失控的風險。例如，某電池的半固態電池產品采用原位固化技術構建的聚合物框架，即便在熱箱測試等高溫條件下，也表現出良好的安全性，不著火、不爆炸。

　　三元鋰電池：三元鋰電池使用的是液態電解液，其熱穩定性相對較差，在高溫環境下容易發生分解、揮發等反應，產生大量的熱量和氣體，從而增加了電池熱失控的可能性，進而引發起火、爆炸等安全事故。

　　●抑制鋰枝晶生長

　　半固態電池：固態電解質具有一定的力學強度，可以有效抑制鋰枝晶的生長和穿透。鋰枝晶是導致電池內部短路的主要原因之一，半固態電池通過抑制鋰枝晶的生長，降低了電池內部短路的風險，提高了電池的安全性 。如清陶能源等企業研發的半固態電池，其固態電解質能夠阻止鋰枝晶的形成，從而保障電池的安全運行。

　　三元鋰電池：在充放電過程中，三元鋰電池內部的鋰離子容易在負極表面形成鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度時，會刺穿隔膜，導致正負極短路，引發熱失控等安全問題。

　　●過充耐受性

　　半固態電池：部分半固態電池具備較好的過充耐受性。固態電解質的使用可以在一定程度上阻止電池在過充時發生過度的氧化還原反應，從而減少了因過充導致的電池鼓包、起火等安全隱患。

　　三元鋰電池：三元鋰電池在過充時，由于液態電解液的存在，更容易發生劇烈的化學反應，產生大量的熱量和氣體，導致電池內部壓力急劇上升，增加了電池爆炸的風險。

　　●抗擠壓和抗穿刺性能

　　半固態電池：一些半固態電池由于其內部結構和材料的特性，具有較好的抗擠壓和抗穿刺性能。例如，比克電池的半固態電池在針刺測試中表現出優異的安全性，產品不會著火、爆炸及漏液，這對于防止電池在受到外力沖擊時發生安全事故具有重要意義。

　　三元鋰電池：液態電池在受到擠壓或穿刺時，容易導致電池內部的隔膜破裂、正負極接觸，從而引發短路和熱失控等問題。

　　四、影響半固態電池安全性的因素

　　●電解質體系

　　固態電解質含量與性能：固態電解質的含量對電池安全性至關重要。含量過低，無法有效阻隔正負極，易引發短路等問題;而含量過高，可能會影響離子傳輸效率，進而降低電池性能。此外，固態電解質本身的離子電導率、熱穩定性等性能也直接影響電池的安全性。例如，一些具有高離子電導率和良好熱穩定性的固態電解質，如氧化物固態電解質，可以在保證電池正常充放電的同時，提高電池在高溫環境下的安全性。

　　液態電解質的殘留量：半固態電池中液態電解質的殘留量雖較傳統液態電池有所減少，但仍需嚴格控制。殘留的液態電解質若在電池使用過程中發生泄漏，可能會引發短路、腐蝕等問題，降低電池的安全性。同時，液態電解質在高溫、過充等極端條件下容易分解產生氣體，導致電池內部壓力增大，增加爆炸的風險。

　　●電極材料

　　正極材料：正極材料的穩定性和安全性對電池整體安全性影響顯著。例如，高鎳正極材料能量密度高，但在高溫、過充等情況下容易發生結構變化和熱分解反應，釋放出氧氣，從而增加電池起火、爆炸的風險。因此，對高鎳正極材料進行改性或包覆處理，提高其熱穩定性和結構穩定性，對于半固態電池的安全性至關重要。

　　負極材料：負極材料的選擇也會影響半固態電池的安全性。如采用硅基負極材料時，由于硅在充放電過程中體積膨脹較大，可能會導致電極材料的粉化和脫落，進而影響電池的循環性能和安全性。此外，鋰金屬負極雖然具有很高的理論比容量，但在實際應用中容易形成鋰枝晶，刺穿隔膜或固態電解質，造成電池內部短路。

　　●電池的制造工藝

　　電解質與電極的界面相容性：在制造過程中，需要確保固態電解質與正負極材料之間具有良好的界面相容性，以保證離子能夠在界面處順利傳輸。如果界面相容性差，會導致界面電阻增大，電池在充放電過程中產生大量熱量，影響電池的安全性和使用壽命。

　　電池的封裝工藝：電池的封裝質量直接關系到電池的密封性和安全性。良好的封裝工藝可以防止外界水分、氧氣等進入電池內部，避免對電極材料和電解質造成腐蝕和破壞。同時，封裝還需具備一定的機械強度，能夠承受電池在使用過程中可能遇到的擠壓、碰撞等外力，防止電池內部結構損壞，引發安全事故。

　　●電池管理系統

　　過充過放保護：電池管理系統中的過充過放保護功能對于半固態電池的安全性至關重要。在充電過程中，若電池過充，會導致電池內部發生不可逆的化學反應，產生大量熱量和氣體，使電池溫度和壓力急劇上升，從而引發安全問題。因此，有效的過充保護機制可以及時切斷充電電路，防止電池過充。

　　熱管理：半固態電池在充放電過程中會產生熱量，若不能及時有效地散熱，會導致電池溫度過高，影響電池的性能和安全性。電池管理系統中的熱管理模塊可以通過散熱風扇、冷卻水管等方式對電池進行散熱，確保電池在適宜的溫度范圍內工作，提高電池的安全性和使用壽命。

　　●使用環境和條件

　　溫度：極端的高溫或低溫環境會對半固態電池的安全性產生影響。在高溫環境下，電池內部的化學反應速率加快，容易引發熱失控;而在低溫環境下，電池的充放電效率降低，電極材料可能受損，影響電池的循環壽命和安全性。因此，在不同的溫度環境下使用電池時，需要采取相應的措施來保證電池的安全性，如在高溫環境下加強散熱，在低溫環境下采用預熱等方式。

　　外力沖擊：半固態電池在使用過程中可能會受到擠壓、碰撞、穿刺等外力沖擊，這些外力可能會導致電池內部結構損壞，引發短路、漏液等安全問題。因此，在電池的設計和制造過程中，需要考慮提高電池的抗外力沖擊能力，如采用高強度的外殼材料、優化電池內部結構等，以保證電池在受到外力沖擊時的安全性。

　　五、結論

　　在電池技術領域，半固態電池與 三元鋰電池各有優勢，能適配不同設備，大家可按需選擇。格瑞普專注可充電電池研發生產 26 年，精心打造半固態電池，電壓覆蓋 4S (14.8V) 至 18S (68.4V)，容量達 84Ah 。產品線豐富，適配各類應用場景。若有疑問或特殊需求，歡迎通過在線客服、電話、留言反饋，我們會盡快聯系您，竭誠服務。