隨著鋰電的產(chǎn)業(yè)化漸漸走向成熟，國(guó)家對(duì)新能源汽車和電池實(shí)施補(bǔ)貼退坡直至取消政策，當(dāng)下行業(yè)的發(fā)展和政策的實(shí)施都對(duì)電池的能量密度提出新的要求。動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)正朝著更安全、能量密度更高的方發(fā)展。

隨著中國(guó)成為全球第一大電動(dòng)汽車市場(chǎng)，與之密不可分的動(dòng)力電池行業(yè)也得到迅速發(fā)展，鋰電的產(chǎn)銷量正在逐年增高。然而，隨著鋰電的產(chǎn)業(yè)化漸漸走向成熟，國(guó)家對(duì)新能源汽車和電池實(shí)施補(bǔ)貼退坡直至取消政策，當(dāng)下行業(yè)的發(fā)展和政策的實(shí)施都對(duì)電池的能量密度提出新的要求。動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)正朝著更安全、能量密度更高的方發(fā)展。

5月21日，“OFweek2018（第二屆）中國(guó)動(dòng)力鋰電池技術(shù)及應(yīng)用研討會(huì)”在深圳馬哥孛羅好日子酒店成功舉辦。在本次研討會(huì)上，來自美國(guó)麻省固體能源公司(SolidEnergy)的創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝帶來了“能量密度可達(dá)500瓦時(shí)/千克的鋰電池”的主題演講，與現(xiàn)場(chǎng)參會(huì)嘉賓分享了未來追求能量密度最優(yōu)方案之一的固態(tài)鋰金屬電池的發(fā)展前景。

固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度最優(yōu)方案？

“固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度的最優(yōu)方案”。美國(guó)麻省固體能源公司創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝認(rèn)為，從當(dāng)下鋰電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，從路線發(fā)展圖來看，固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度的最優(yōu)方案。當(dāng)前電池的狀態(tài)正從液態(tài)向固態(tài)更安全的方向發(fā)展。

那么，固態(tài)電池和液態(tài)電池相比較而言，哪種更具有優(yōu)勢(shì)呢？

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被人們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)（液態(tài)）。而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動(dòng)過程中，完成電池的充放電過程。而固態(tài)電池的原理與之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。

因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存變得更加容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，在節(jié)約成本的同時(shí)還減輕自身重量。此外，在能量密度方面，鋰電池的技術(shù)正由鋰離子向鋰金屬更高的能量密度發(fā)展。

胡啟朝介紹，目前他和團(tuán)隊(duì)在做的這種固態(tài)鋰金屬電池，通過類比的方式來理解，把現(xiàn)在通用的智能手機(jī)電池和這種電池放到一起。固態(tài)鋰金屬電池在體積上比前者小一半，但儲(chǔ)存的電量是一樣的。而且這種電池的重量還輕，電池成本更低。目前純固態(tài)金屬電池一般都應(yīng)用在特種、衛(wèi)星和無人機(jī)等相對(duì)高端的領(lǐng)域。

控制鋰枝晶形成基礎(chǔ)研究突破，鋰金屬產(chǎn)業(yè)化待啟

在電池市場(chǎng)，鋰電池憑借著安全，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低，重量輕，充放電完全，無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢(shì)迅速占領(lǐng)著市場(chǎng)。

但在鋰電池在使用的過程中,內(nèi)部會(huì)發(fā)生電解液分解、活性材料失活、正負(fù)極結(jié)構(gòu)坍塌導(dǎo)致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等不可逆的電化學(xué)反應(yīng)并導(dǎo)致容量下降。尤其當(dāng)下對(duì)快速充電的要求，充放電電壓越高、溫度越高,鋰電池容量下降就越快，電池壽命衰減是行業(yè)內(nèi)面臨的挑戰(zhàn)。

“鋰金屬在性能上可以超過石墨和硅碳負(fù)極，而且可以做的體積更小。”胡啟朝介紹，控制鋰枝晶技術(shù)，基于固態(tài)電解液的方案能在很大程度上解決了壽命衰減的難題。但目前，固態(tài)鋰金屬電池成本還比較高，更適用于輕量化和不太注重于成本的應(yīng)用領(lǐng)域。

事實(shí)上，美國(guó)麻省固體能源公司是當(dāng)前世界上極少數(shù)能將動(dòng)力電池能量密度做到500Wh以上的電池企業(yè)，也是目前唯一一家實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)供貨的電池廠。

據(jù)了解，2012年，胡啟朝從MIT博士畢業(yè)后創(chuàng)立了SolidEnergy，便開始了二次鋰金屬電池的研究之路，將能量密度提升到傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。目前已在美國(guó)以及亞洲地區(qū)的著名風(fēng)投機(jī)構(gòu)融資超過五千萬美金。2012年上半年，胡啟朝贏得了美國(guó)能源部頒發(fā)的清潔能源獎(jiǎng)，以及全美清潔能源商業(yè)計(jì)劃比賽亞軍。同年，還被福布斯雜志評(píng)選為全球30位30歲以下杰出科學(xué)家之一。

2017年，SolidEnergy發(fā)布了第一代產(chǎn)品Hermes(HighEnergyRechargeableMetalCellsforSpace),這款世界上最輕的二次電池，能量密度高達(dá)480Wh/Kg，或許將引發(fā)地面和空中運(yùn)輸方式上新一輪的電池革命。胡啟朝表示，未來，SolidEnergy準(zhǔn)備將該技術(shù)投入空間，特種，消費(fèi)級(jí)無人機(jī)，智能手機(jī)，可穿戴裝備以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，一個(gè)嶄新的鋰金屬產(chǎn)業(yè)化模式有待開啟！