鉅大LARGE | 點擊量：773次 | 2022年07月22日
液態(tài)鋰電池續(xù)航遇瓶頸 固態(tài)電池欲頂其位？
從1991年索尼公司將含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池帶入電子設備的應用至今，液態(tài)鋰電池已經(jīng)成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術路線之一，但在詹姆斯·戴森看來，"如今的電池技術已經(jīng)遇到一定的瓶頸"。
液態(tài)電池續(xù)航遇瓶頸
比如還沒上市的AppleWatch就被吐槽。12.8萬元的"土豪"價背后，被大眾認為最應提升的電池續(xù)航并沒有大幅突破，僅有18個小時。"這價格這續(xù)航，只能說買的就是情懷……"網(wǎng)友如是表示，"用買輛車的價格去買塊表，醉了，而且每天都要充電哦。"
其實，不僅是可穿戴設備，包括智能家居，以及此前風靡一時的新能源車新秀TSLA（Tesla），都正因電池續(xù)航的瓶頸而遭受質(zhì)疑。近兩三年來，從硅谷走出來的車壇新秀Tesla可謂出盡風頭。時尚大氣的外形設計、科技感十足的內(nèi)飾，而其不燒油、零排放的優(yōu)勢更被認作為未來汽車行業(yè)的出路之一。但短短一年多時間，TSLA已經(jīng)從人人膜拜的神壇上走了下來。雖說其外形夠拉風，環(huán)保概念也夠時尚，但即便續(xù)航里程達到了無車能及的500KM，電池電量一旦耗盡，也還真是寸步難行。可是，Tesla創(chuàng)始人及CEO馬斯克也很無辜，電池續(xù)航里程不足是業(yè)界都無法解決的首要難題，再說在所有的新能源車中，TSLA在續(xù)航里程上已經(jīng)是冠軍了。
或許，如今阻礙電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要的問題之一，不是產(chǎn)品本身技術，而是電池續(xù)航里程的提升。那么，為何不能讓液態(tài)鋰電池的續(xù)航里程更長？
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-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
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國內(nèi)某新能源生產(chǎn)公司的技術人員告訴記者，電池續(xù)航里程的長短在很大程度上取決于電池儲能能力即單位體積的能量密度。要提高電池的單位能量密度，一是提高工作電壓，二是提高電極材料的能量密度。當工作電壓只能在固定區(qū)域內(nèi)，要提升電池能量密度，只能依靠對電極材料的能量密度提升。也就是說，鋰電池的發(fā)展遵循"一代材料，一代電池"的規(guī)律?，F(xiàn)有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。
也就是說，要大幅提升鋰電池的續(xù)航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。
固態(tài)電池的創(chuàng)新可能
不過，既然液態(tài)鋰電池的能量密度暫未能獲得大幅提升，那么，有別的更具優(yōu)勢的電池技術可以替代它嗎？
據(jù)外媒報道稱，大眾汽車CEO馬丁·文德恩(MartinWinterkorn)日前就在斯圖加特舉辦的一個新聞公布會上表示，大眾汽車計劃在今年上半年作出決定，是否將美國初創(chuàng)公司QuantumScape正在開發(fā)的新電池技術用于大眾的電動汽車上。
假如采用上述固態(tài)電池技術，大眾電動汽車的續(xù)航里程將達到700公里，超過TSLAModelS以及現(xiàn)有的所有新能源汽車?；蛟S正因如此，早在2014年十二月，大眾汽車公司收購了上述QuantumScape公司約5%的股權。
其實，不只是大眾。早在2010年，豐田就曾推出過續(xù)航里程可超過1000KM的固態(tài)電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態(tài)電池來取代傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池。
傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池又被科學家們形象地稱為"搖椅式電池"，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質(zhì)(液態(tài))。而鋰離子就像優(yōu)秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。固態(tài)電池的原理和之相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。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，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不要再額外新增冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。
據(jù)其官方稱，Sakti3已制造出能量密度達1100瓦時/升的電池，這一能量密度幾乎是目前鋰電池的2倍。美國佛羅里達大學的電池專家、材料科學教授凱文·瓊斯(KevinJones)認為：假如電池蓄電量能像Sakti3提出的那樣多，那么電動汽車的購買和使用成本就有可能和普通汽車相同。
而且固態(tài)電池還有另一項優(yōu)勢——在事故中損壞時不易爆炸或起火。要了解的是，在此之前，在新能源汽車領域和TSLA同樣享有盛名的菲斯科，后來之所以會破產(chǎn)并慢慢銷聲匿跡，在很大程度上就是因為其頻繁出現(xiàn)的電池起火事件以及其他故障。
此前，輝能科技公司(ProLogium)就曾推出一款采用軟性電路板為基材的固態(tài)電池，其厚度可以達到驚人的2mm，相當于一小片口香糖的厚度，可以隨意折疊彎曲，展開弄平整再進行使用。這么一塊看似不起眼的電池，其容量可以達到1000毫安，而一個iPhone般大小的充電寶，其容量也就在5000毫安左右。
假如固態(tài)電池能夠得到商業(yè)化應用，大眾可以造出在續(xù)航上超越TSLA的電動汽車，可穿戴電子設備也能夠擺脫電池技術的束縛，其外觀和形狀都可以起到驚人的變化。
商業(yè)化路途漫漫
加拿大Avestor公司也曾嘗試過研發(fā)固態(tài)鋰電池，最終2006年正式申請破產(chǎn)。Avestor公司使用一種高分子聚合物分離器，代替電池中的液體電解質(zhì)，但一直沒有解決安全問題，在北美地區(qū)發(fā)生過幾起電池燃燒或者爆炸事件。
Sakti3公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEOAnnMarieSastry對外表示，Sakti3公司的固態(tài)電池采用薄膜沉積技術進行生產(chǎn)，這一技術也常用于平板顯示器和光伏太陽能電池的生產(chǎn)，"將電池劈成兩半或者把電池放在高溫環(huán)境里，但電池仍能繼續(xù)工作"，在她看來，Sakti3生產(chǎn)的固態(tài)電池在安全上已經(jīng)完全可以放心。
"開發(fā)新技術不會是一個無阻礙的路徑。我要一個水晶球才能預測在開發(fā)過程中遇到的所有挑戰(zhàn)。英國人有句話叫stickyourneckontheline，就是硬著頭皮去嘗試一些新的和不同的東西。假如成功就太好了，但假如失敗，你已經(jīng)在過程中學習，可以再繼續(xù)直到成功。"詹姆斯·戴森如此對記者評說他在這次投資中可能會遇到的風險。
此前，豐田曾經(jīng)表示，希望到2020年，能在新能源車上應用固態(tài)電池技術。但豐田并沒有將這一技術作為未來新能源的唯一出路，就在此前不久，它對外公布了首款量產(chǎn)的氫燃料動力鋰電池汽車。
"固態(tài)電池可能是未來電池技術的發(fā)展方向之一，但也許不是最好的。"上述新能源生產(chǎn)公司的技術人員告訴記者，"包括燃料動力鋰電池、超級電容器、鋁空氣電池、鎂電池在理念上都有較大的發(fā)展空間，而最終，要看哪種路線發(fā)展更快、更接地氣。"所謂接地氣，就是在商業(yè)化的規(guī)模和成本方面都能達到完美的平衡點。首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個行業(yè)和領域都有實現(xiàn)大規(guī)模應用的可能。
或許，現(xiàn)在最具考驗的地方在于價格。據(jù)記者了解，液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時，假如使用現(xiàn)有技術制造足以為智能手機供電的固態(tài)電池，其成本會達到1.5萬美元，而足以為汽車供電的固態(tài)電池成本更是達到令人咋舌的9000萬美元。
Sastry表示，固態(tài)電池生產(chǎn)成本居高不下的一個重要原因在于生產(chǎn)效率低下。按照Sastry的規(guī)劃，Sakti3最終將會把電池的成本降低至100美元/千瓦時，不過，她并沒有給出最終的時間。
從理論的提出時間來看，固態(tài)電池并不是一個新的概念，但多年來，研發(fā)上的進展并沒有想象那么快速。韓國三星的一位技術人員認為，即便Sakti3最終能做到成本上的降低，電池從實驗室到最終的量產(chǎn)也要不短的時間。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀70年代，相關的理念和實驗認證就在齊頭并進地推進，但真正大規(guī)模的使用，已經(jīng)是20世紀末了。
