美研發(fā)公司顛覆傳統(tǒng)鋰電池:能量密度超2倍

過去20年間發(fā)生的科技飛躍令人瞠目結(jié)舌。計(jì)算機(jī)已經(jīng)從功利主義的盒子轉(zhuǎn)變?yōu)橛山饘俸筒ＡЫM成的線條明朗的矩形，且小到能夠放在口袋里。現(xiàn)在的設(shè)備要強(qiáng)大得多，一款新型智能手表的計(jì)算能力比阿波羅登月飛船的都要強(qiáng)大。然而最流行的可充電電池鋰離子電池也已經(jīng)但電池技術(shù)停滯不前。

　　由麻省理工學(xué)院創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)在2012年春天創(chuàng)辦的麻省固體能源公司(Solid Energy)，于2014年10月下旬對外宣布其電池研發(fā)取得世界級突破，其2Ah的電池樣品達(dá)到1337Wh/L的能量密度，超過蘋果、三星，小米和特斯拉電池2倍，將顛覆20多年以來統(tǒng)治消費(fèi)類電子產(chǎn)品和電動汽車的傳統(tǒng)鋰離子電池。這一項(xiàng)成果突破了目前世界最高記錄，并由美國獨(dú)立電池測試實(shí)驗(yàn)室A123公司驗(yàn)證。

　　根據(jù)能源部，第一代鋰電池使用石磨負(fù)極，第二代鋰電池使用硅負(fù)極。第一代和第二代都屬于鋰離子電池。第三代鋰電池會是“超越鋰離子”用更高能量密度的金屬負(fù)極。雖然很多第三代鋰電池包括鋰硫和鋰空氣電池離產(chǎn)業(yè)化還很遠(yuǎn)，因?yàn)樗麄冊谡龢O方面有很多根本上的問題，SE用已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的鋰鈷氧(LCO)正極展示了1337Wh/L的2Ah的電芯能量密度。這是迄今為止最高的電芯能量密度。SE是一個電池材料創(chuàng)業(yè)公司，并不和傳統(tǒng)的鋰離子電池巨頭競爭，而是開創(chuàng)一個新空間，第三代“超越鋰離子電池”電池材料領(lǐng)域競爭。

　　傳統(tǒng)的鋰離子電池采用石墨負(fù)極僅能達(dá)到少于600Wh/L的能量密度；先進(jìn)的硅負(fù)極電池僅取得800Wh/L的能量密度，而超薄鋰金屬負(fù)極電池能超過1000Wh/L的能量密度。雖然目前許多鋰金屬負(fù)極電池例如鋰空氣、鋰硫電池離實(shí)際應(yīng)用還非常遠(yuǎn)，麻省固體能源公司使用成熟的鋰鈷氧正極，成功的在2Ah的電芯上實(shí)現(xiàn)了1337Wh/L的能量密度，并將在2016年大規(guī)模應(yīng)用到消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

　　同樣體積，兩倍的容量，同樣容量，一半的體積，其成本僅為傳統(tǒng)鋰離子電池的80%。未來的手機(jī)將薄如信用卡，一次充電能用兩倍長的時間。可穿戴式，比如智能手表的表帶就是電池。電動汽車沖一次電能有500英里的航程。

麻省固體能源公司致力于推動人類電子產(chǎn)品和電動汽車電池的顛覆，不做正極做負(fù)極。正極材料的研發(fā)創(chuàng)新周期很快，一般每年有5%的提升，但這是非常零散的因?yàn)椴煌膽?yīng)用和企業(yè)選擇不同的正極。在負(fù)極方面，創(chuàng)新相對來說要困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破。這也是為什么電池由負(fù)極決定屬于哪一代。其專注于開發(fā)新一代負(fù)極材料并合不同的正極相匹配，包括磷酸鐵鋰，鋰鈷氧，和三元材料。未來希望成為一個材料公司將其專有的負(fù)極和電解液銷售給更多的用不同正極的電池企業(yè)。目前已經(jīng)和多個電池公司和消費(fèi)類電子公司合作測試電池材料。

目前電池行業(yè)有四種電池材料，正極，負(fù)極，電解液和隔膜。大部分電池材料企業(yè)做正極材料。領(lǐng)先的電池材料品牌包括三菱化學(xué)，日本化學(xué)，昭和電工，BASF，Celgar， Umicore和杉杉科技。負(fù)極主要是石磨為主，這是一種非常成熟的低成本的商品，能量密度很低。在負(fù)極提供商中，幾乎沒有技術(shù)差異，他們主要靠降低成本來競爭。正極材料主要是傳統(tǒng)消費(fèi)類電子產(chǎn)品用的高能量密度的鋰鈷氧(LCO)。但新出現(xiàn)的方向是非常多樣和零散的，包括磷酸鐵鋰(LFP)和三元材料包括鎳鈷鋁(NCA)，鎳鈷錳(NCM)，錳酸鋰(LMO)等，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求比如高體積能量密度，高質(zhì)量能量密度，高放電倍率，長循環(huán)壽命，良好的安全性能等，并且在同一個領(lǐng)域不同的企業(yè)也會有不同的配方和材料選擇。比如一個手機(jī)和電動汽車對正極材料的需求是非常不一樣的。電解液方面也是非常多樣，分散的，不同的領(lǐng)域，不同的企業(yè)有自己的配方，但大部分都大同小異。隔膜方面，一些核心技術(shù)由幾家日本和美國企業(yè)掌握，他們收取比較高的利潤。雖然他們繼續(xù)主導(dǎo)高端市場，他們的優(yōu)勢和壟斷地位也在逐漸消失，因?yàn)楹芏嘈碌钠髽I(yè)很快掌握他們的先進(jìn)技術(shù)。

　　Solid Energy不在擁擠和零散的正極空間競爭，但他的材料(負(fù)極和電解液)是與大多數(shù)正極材料兼容。SE省去了隔膜，從而使傳統(tǒng)隔膜公司失去他們的優(yōu)勢。SE主要在電解液和負(fù)極上競爭。SE的超薄金屬負(fù)極能使的電池設(shè)計(jì)達(dá)到幾乎“無負(fù)極”的狀態(tài)，提供前所未有的高能量密度，這是SE和其他電池材料公司的最大不同點(diǎn)和優(yōu)勢。而SE的負(fù)極必須需要SE的電解液才能穩(wěn)定使用。SE的負(fù)極和電解液是一套的。正極材料的研發(fā)創(chuàng)新周期很快，一般每年有5%的提升，但這是非常零散的因?yàn)椴煌膽?yīng)用和企業(yè)選擇不同的正極。在負(fù)極方面，創(chuàng)新相對來說要困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破。這也是為什么電池由負(fù)極決定屬于哪一代。SE專注于開發(fā)新一代負(fù)極材料并合不同的正極相匹配，包括磷酸鐵鋰，鋰鈷氧和三元材料。

麻省固體能源公司擁有麻省理工學(xué)院相關(guān)專利的全球獨(dú)家使用權(quán)并獲得了一系列知名的科技獎項(xiàng)，包括：美國R&D100獎(科技創(chuàng)新的奧斯卡)，美國能源部清潔能源獎，麻省清潔能源委員會獎，麻省理工清潔能源獎。

　　由麻省理工學(xué)院創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)在2012年春天創(chuàng)辦，公司核心技術(shù)是由胡啟朝博士(2012年福布斯30位30歲以下杰出科學(xué)家之一)和MIT唐納德。賽德維教授(2012年時代周刊世界最有影響力的100人之一)共同研發(fā)的固體聚合物離子液(SPIL)鋰金屬電池材料。