剛剛閉幕的國(guó)際消費(fèi)電子展（CES）是全球最大、影響范圍最廣的消費(fèi)類電子技術(shù)展會(huì)，通常CES是傳統(tǒng)消費(fèi)類電子廠商和IT廠商的舞臺(tái)，但是今年的CES展會(huì)上一家鋰離子電池企業(yè)卻吸引了全球的目光——Enevate公司。Enevate公司在CES展會(huì)推出了面向電動(dòng)汽車的HD-Energy技術(shù)，該技術(shù)允許鋰離子電池在5min內(nèi)充電75%，同時(shí)將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程最多提高50%，并且能夠讓鋰離子電池在低溫-40℃正常進(jìn)行充電。Enevate公司憑借這一技術(shù)在智能汽車與無(wú)人駕駛、環(huán)保設(shè)計(jì)和可持續(xù)技術(shù)和成就更美好的技術(shù)三個(gè)類別中分別斬獲創(chuàng)新大獎(jiǎng)。Enevate公司的首席技術(shù)官Dr. Benjamin Y. Park和研發(fā)總監(jiān)Dr. Frederic Bonhomme為我們帶來(lái)了HD energy技術(shù)解讀。

傳統(tǒng)的鋰離子電池一般采用石墨或石墨+Si混合（Si含量一般小于10%）作為鋰離子電池的負(fù)極，受到石墨負(fù)極的動(dòng)力學(xué)條件的限制，在大電流充電時(shí)非常容易在負(fù)極的表面析出金屬Li，導(dǎo)致電池的容量急劇衰降，在低溫下電池的動(dòng)力學(xué)條件變差，析鋰現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。

Enevate公司設(shè)計(jì)的負(fù)極Si含量高達(dá)70%，并且所有的負(fù)極成分均是能夠嵌鋰的活性成分，這一設(shè)計(jì)不但使得Enevate的Si負(fù)極能夠儲(chǔ)存4倍于石墨負(fù)極的能量，同時(shí)也賦予了該電極快速充電特性、優(yōu)異的低溫特性和杰出的安全特性。

下面是Enevate的Si負(fù)極的一些技術(shù)指標(biāo)，供大家參考。

Si含量：>70%；

比容量：3000mAh/g；

在鋰離子電池中應(yīng)用1500mAh/g的負(fù)極設(shè)計(jì)，可以使得鋰離子電池的體積能量密度和重量能量密度分別達(dá)到800Wh/L和300Wh/kg；

高庫(kù)倫效率：負(fù)極首次效率93%，全電池大約90%；

高壓實(shí)密度：1-1.5g/cm3；

Si比表面積：<10m2/g；

適合大批量生產(chǎn)工藝。

上圖為Enevate所采用的生產(chǎn)工藝，可以看到Enevate的工藝與傳統(tǒng)的鋰離子電池的生產(chǎn)工藝基本一致，但是Enevate的負(fù)極中沒有添加到導(dǎo)電劑，而是采用石墨作為導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)，Si材料作為主要的活性物質(zhì)，同時(shí)在Si的表面包覆一層納米SiC作為保護(hù)層，然后通過(guò)Enevate公司的特殊處理工藝，將負(fù)極牢牢的固定在銅箔上。

下圖為采用Enevate的工藝制備的負(fù)極與NMC正極材料組成的鋰離子電池的循環(huán)性能曲線，可以看到在0.5C充放的情況下循環(huán)1000次，電池的容量保持率可達(dá)85%，表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)性能。

傳統(tǒng)的石墨負(fù)極鋰離子電池在快速充電的情況下，由于負(fù)極析Li的問題導(dǎo)致電池容量衰減很快，而Enevate公司制備的負(fù)極由于特殊的設(shè)計(jì)，能夠保證在大電流充電時(shí)負(fù)極不析Li，極大的改善電池在快速充電情況下的循環(huán)性能，下圖為4C充電／0.5C放電情況下的電池的循環(huán)曲線，可以看到電池在循環(huán)500次后，容量保持率可達(dá)90%，表明該電極具有優(yōu)異的快速充電特性。在極限情況下采用Enevate負(fù)極的電池甚至可以在5分鐘內(nèi)充電75%，而不造成電池顯著的容量衰減，這一充電速度是傳統(tǒng)石墨電池充電速度的10倍以上。

傳統(tǒng)的鋰離子電池由于負(fù)極析Li的原因，無(wú)法在0℃以下進(jìn)行充電，而 Enevate公司的負(fù)極因?yàn)楠?dú)特的設(shè)計(jì)，使得負(fù)極具有極好的Li+擴(kuò)散特性，從而保證電池在-40℃下也能夠正常充電，而不產(chǎn)生析Li問題。

從下圖的數(shù)據(jù)可以看到，在-20℃下分別以0.3C、0.7C、1C、2C、3C、5C和7C倍率下進(jìn)行充電后，電池的容量沒有任何衰降，表明了電池優(yōu)異的低溫性能。

Enevate電池的主要特點(diǎn)可以總結(jié)如下

超級(jí)快充：能夠在5分鐘內(nèi)充電75%，并且不會(huì)造成電池的壽命明顯的衰降，這是傳統(tǒng)石墨負(fù)極電池充電速度的10倍以上。

高能量密度： Enevate工藝制備的Si負(fù)極，可以將電池的重量比能量提高到300Wh/kg，體積比能量提高到1000Wh/L。

優(yōu)異的低溫性能：Enevate負(fù)極能夠保證電池在-40℃下正常進(jìn)行充放電。

安全性能提高：避免在快速充電和低溫充電時(shí)金屬Li的析出，減少電池內(nèi)短路的風(fēng)險(xiǎn)。

Enevate推出的HD energy技術(shù)抓住了動(dòng)力電池的痛點(diǎn)：能量密度和充電速度。Enevate通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)，提高了Si材料的使用量（可達(dá)70%以上），極大的提高了負(fù)極的容量（最高可達(dá)3000mAh/g）。同時(shí)這一設(shè)計(jì)還提高了負(fù)極的Li+擴(kuò)散速度，極大的提高了電池快速充電的特性（最快可在5分鐘內(nèi)充電75%），并且顯著改善了電池的低溫性能（-40℃正常充電）。Enevate的這項(xiàng)工作很好的解決了電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)的難題，為電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用掃除了主要障礙，如果該技術(shù)能夠?qū)⒊杀究刂圃谳^低的范圍內(nèi)，并盡快推廣應(yīng)用，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，電動(dòng)汽車將會(huì)迅速推廣普及，進(jìn)入尋常百姓家。