美国研发公司颠覆传统锂电池：能量密度突破两倍

发布时间：2014-12-22 09:42 原文链接：美国研发公司颠覆传统锂电池：能量密度突破两倍

　　过去20年间发生的科技飞跃令人瞠目结舌。计算机已经从功利主义的盒子转变为由金属和玻璃组成的线条明朗的矩形，且小到能够放在口袋里。现在的设备要强大得多，一款新型智能手表的计算能力比阿波罗登月飞船的都要强大。然而最流行的可充电电池锂离子电池也已经出现但电池技术停滞不前。

　　由麻省理工学院创业团队在2012年春天创办的麻省固体能源公司(Solid Energy)，于2014年10月下旬对外宣布其电池研发取得世界级突破，其2Ah的电池样品达到1337Wh/L的能量密度，超过苹果、三星，小米和特斯拉电池2倍，将颠覆20多年以来统治消费类电子产品和电动汽车的传统锂离子电池。这一项成果突破了目前世界最高记录，并由美国独立电池测试实验室A123公司验证。

　　根据能源部，第一代锂电池使用石磨负极，第二代锂电池使用硅负极。第一代和第二代都属于锂离子电池。第三代锂电池会是“超越锂离子”用更高能量密度的金属负极。虽然很多第三代锂电池包括锂硫和锂空气电池离产业化还很远，因为他们在正极方面有很多根本上的问题，SE用已经产业化的锂钴氧(LCO)正极展示了1337Wh/L的2Ah的电芯能量密度。这是迄今为止最高的电芯能量密度。SE是一个电池材料创业公司，并不和传统的锂离子电池巨头竞争，而是开创一个新空间，第三代“超越锂离子电池”电池材料领域竞争。

　　传统的锂离子电池采用石墨负极仅能达到少于600Wh/L的能量密度；先进的硅负极电池仅取得800Wh/L的能量密度，而超薄锂金属负极电池能超过1000Wh/L的能量密度。虽然目前许多锂金属负极电池例如锂空气、锂硫电池离实际应用还非常远，麻省固体能源公司使用成熟的锂钴氧正极，成功的在2Ah的电芯上实现了1337Wh/L的能量密度，并将在2016年大规模应用到消费类电子产品。

　　同样体积，两倍的容量，同样容量，一半的体积，其成本仅为传统锂离子电池的80%。未来的手机将薄如信用卡，一次充电能用两倍长的时间。可穿戴式，比如智能手表的表带就是电池。电动汽车冲一次电能有500英里的航程。

　　麻省固体能源公司致力于推动人类电子产品和电动汽车电池的颠覆，不做正极做负极。正极材料的研发创新周期很快，一般每年有5%的提升，但这是非常零散的因为不同的应用和企业选择不同的正极。在负极方面，创新相对来说要困难很多，一般每10年到20年才有一次大的突破。这也是为什么电池由负极决定属于哪一代。其专注于开发新一代负极材料并合不同的正极相匹配，包括磷酸铁锂，锂钴氧，和三元材料。未来希望成为一个材料公司将其专有的负极和电解液销售给更多的用不同正极的电池企业。目前已经和多个电池公司和消费类电子公司合作测试电池材料。

　　目前电池行业有四种电池材料，正极，负极，电解液和隔膜。大部分电池材料企业做正极材料。领先的电池材料品牌包括三菱化学，日本化学，昭和电工，BASF，Celgar，Umicore和杉杉科技。负极主要是石磨为主，这是一种非常成熟的低成本的商品，能量密度很低。在负极提供商中，几乎没有技术差异，他们主要靠降低成本来竞争。正极材料主要是传统消费类电子产品用的高能量密度的锂钴氧(LCO)。但新出现的方向是非常多样和零散的，包括磷酸铁锂(LFP)和三元材料包括镍钴铝(NCA)，镍钴锰(NCM)，锰酸锂(LMO)等，针对不同的应用领域的需求比如高体积能量密度，高质量能量密度，高放电倍率，长循环寿命，良好的安全性能等，并且在同一个领域不同的企业也会有不同的配方和材料选择。比如一个手机和电动汽车对正极材料的需求是非常不一样的。电解液方面也是非常多样，分散的，不同的领域，不同的企业有自己的配方，但大部分都大同小异。隔膜方面，一些核心技术由几家日本和美国企业掌握，他们收取比较高的利润。虽然他们继续主导高端市场，他们的优势和垄断地位也在逐渐消失，因为很多新的企业很快掌握他们的先进技术。

　　Solid Energy不在拥挤和零散的正极空间竞争，但他的材料(负极和电解液)是与大多数正极材料兼容。SE省去了隔膜，从而使传统隔膜公司失去他们的优势。SE主要在电解液和负极上竞争。SE的超薄金属负极能使的电池设计达到几乎“无负极”的状态，提供前所未有的高能量密度，这是SE和其他电池材料公司的最大不同点和优势。而SE的负极必须需要SE的电解液才能稳定使用。SE的负极和电解液是一套的。正极材料的研发创新周期很快，一般每年有5%的提升，但这是非常零散的因为不同的应用和企业选择不同的正极。在负极方面，创新相对来说要困难很多，一般每10年到20年才有一次大的突破。这也是为什么电池由负极决定属于哪一代。SE专注于开发新一代负极材料并合不同的正极相匹配，包括磷酸铁锂，锂钴氧和三元材料。