三月十日，多家媒體報道三星電子（注意，是三星電子，不是三星SDI，這部分會在后邊解釋原因）在《自然》雜志上發表了一篇有關全固態電池技術的論文。

該技術采用了沉積型鋰金屬負極技術，并解決了影響電池壽命與安全性的枝晶問題，可以使電池尺寸也減半。這里面的一個關鍵內容是固態代替電解質代替了液態，并且大幅減少了負極材料，隨著電解質的固態化安全性得到了提高。

鋰金屬負極一直都被枝晶問題所困擾，這部分三星采用了銀-碳（Ag-C）納米粒子復合層來解決。通過將復合層的厚度減小至5μm，可以減小電池總體積，在相同體積下的能量密度自然也得到提升。據報道說，該技術與傳統電池相比，在相同的體積和重量下，可以達到約800㎞續航。電池循環次數為1,000次，這部分或許應該更高一些，理想情況下最好可以保證10年以上的使用壽命。

Ag-C納米粒子復合層

所以說，三星全固態技術的核心是Ag-C納米粒子復合層。下圖中四個柱形圖解釋了固態電池開發的演進路徑。

左1是現有的鋰離子電池結構，粗略看來正負極大小接近1:1。首先是將隔膜和液態電解質（中間藍色細條部分）轉變成固態電解質，轉變后就可以稱之為全固態電池了。然后是負極由石墨轉變為鋰金屬（左2）。當負極采用鋰金屬材料時，負極的體積就會大大減小，電池總體積也隨之減小，能量密度新增。電池中鋰離子含量代表電池容量的大小，而這取決于正極的大小。因此在相同體積下正極尺寸增大，能量密度就新增了。但鋰金屬負極一直存在著枝晶問題，三星電子的新技術則用5μm厚的Ag-C納米顆粒復合層將負極中鋰金屬材料替代掉了（右1/2）。

進一步看一下《自然》的那篇論文，首先是電解質的部分，采用的是硫化物固態電解質（SSE）。由于目前業界對該領域進行了較多研究，實現起來似乎并不困難。此外，由于SSE柔軟的機械性能，只需采用簡單的壓制法就可以批量生產。但據說這部分還有些問題待解決，因為在制造過程中會出現硫化氫有毒氣體。

鋰金屬負極在實際使用過程中會出現枝晶，導致體積膨脹并影響到循環壽命。因此三星選擇的方法是去除鋰金屬材質，論文中說是采用了僅使用集電體而無負極的概念。因此就要一種替代原有負極功能的材料，而這個材料就是Ag-C納米顆粒復合層。根據論文中的描述，Ag可溶于鋰，可降低鋰的晶核能量，有助于將鋰均勻地沉積在集電體上。這部分有點難理解，但效果已經得到驗證。

該復合層中由于使用了銀，成本會有所新增，因此就要減小厚度，并采用碳納米粒子。但有傳聞說碳納米粒子的量產目前還未得到完全解決。最近，有一些中小初創公司正在嘗試，并可以根據一些情況大概判斷可量產的時間。而且這些公司開發的材料大部分都是專門針對電池的正負極材料的。

比如，像JEIO這家公司計劃在未來2年內進行大規模生產投資，有望大幅降低單位價格。如此看來，似乎碳納米粒子相關的進展也在穩步推進，在未來2年將會取得一些成果。

三星電池從研發到量產的流程

在論文底部會發現，署名是SamsungAdvancedInstituteofTechnology（SAIT）、三星電子和三星日本的研發中心。

進入SAIT的官網首頁，馬上就會看到有關這次固態電池研究成果的信息。SAIT的中文名稱是“三星綜合技術院”。

研究范圍包括AI、電池材料、半導體、OLED顯示材料等等。

點擊電池材料部分進去，就會看到有關開發下一代動力鋰離子電池材料的內容。三星的材料研究所其實之前是三星電子和三星SDI共同建立的，但后來二者因業務側重點不同又分開了。因此，我們就了解了三星綜合研究院也在進行電池材料研究，并且官網上顯示最近的研究重點是包含固體電解質的3D結構。

其實三星電子的綜合技術研究院和三星SDI電子材料研究所幾乎位于同一地點，都在水原市。前面已經說到之前為同一家機構，之后分家。目前三星SDI材料研究所的角色就是，將三星技術學院開發的材料相關技術進行實際驗證測試，然后再由SDI的開發部門進行量產前的Pilot生產，最后在廠進行正式量產。

因此，這次宣布的全固態技術是由三星綜合技術研究院開發的，目前的進度還沒有到三星SDI的驗證測試階段。由此可以推測，在最為理想的情況下大概至少要2年時間才能實現最終量產。另外，如上所述，碳納米顆粒的量產部分也都要跟進，而目前來看進度還挺同步的。

不過，目前我想大多數人都是在翹首期盼著特斯拉下月的電池秀吧？