隨著我國(guó)成為全球第一大電動(dòng)汽車市場(chǎng)，和之密不可分的動(dòng)力鋰電池行業(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)行補(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)行都對(duì)電池的能量密度提出新的要求。動(dòng)力鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)正朝著更安全、能量密度更高的方發(fā)展。

五月二十一日，OFweek2018（第二屆）我國(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(lái)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(lái)了能量密度可達(dá)500瓦時(shí)/千克的鋰電池的主題演講，和現(xiàn)場(chǎng)參會(huì)嘉賓分享了未來(lái)追求能量密度最優(yōu)方法之一的固態(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)方法

固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度的最優(yōu)方法。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(lái)看，固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度的最優(yōu)方法。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(lái)回奔跑，在鋰離子從正極到負(fù)極再到正極的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，完成電池的充放電過(guò)程。而固態(tài)電池的原理和之相同，只不過(guò)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(méi)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)，也不要再額外新增冷卻管、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(guò)類比的方式來(lái)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)存的電量是相同的。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、衛(wèi)星和無(wú)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(wú)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(guò)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)面對(duì)的挑戰(zhàn)。

鋰金屬在性能上可以超過(guò)石墨和硅碳負(fù)極，而且可以做得體積更小。胡啟朝介紹，控制鋰枝晶技術(shù)，基于固態(tài)電解液的方法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重視于成本的應(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)力鋰電池能量密度做到500Wh以上的電池公司，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(kāi)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(guò)五千萬(wàn)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公布了第一代產(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(lái)，SolidEnergy準(zhǔn)備將該技術(shù)投入空間，，消費(fèi)級(jí)無(wú)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(kāi)啟!