追求能量密度最優方案——固態鋰金屬電池

　　隨著中國成為全球第一大電動車市場，與之密不可分的動力電池行業也得到迅速發展，鋰電的產銷量正在逐年增高。然而，隨著鋰電的產業化漸漸走向成熟，國家對新能源汽車和電池實行補貼退坡直至取消政策，當下行業的發展和政策的實行都對電池的能量密度提出新的要求。動力電池的發展趨勢正朝著更安全、能量密度更高的方發展。

　　5月21日，“OFweek2018（第二屆）中國動力鋰離子電池技術及使用研討會”在深圳馬哥孛羅好日子酒店成功舉辦。在本次研討會上，來自美國麻省固體能源公司(SolidEnergy)的創始人兼CEO胡啟朝帶來了“能量密度可達500瓦時/千克的鋰離子電池”的主題演講，與現場參會嘉賓分享了將來追求能量密度最優方案之一的固態鋰金屬電池的發展前景。

　　固態鋰金屬電池是追求能量密度最優方案

　　“固態鋰金屬電池是追求能量密度的最優方案”。美國麻省固體能源公司創始人兼CEO胡啟朝認為，從當下鋰離子電池技術的發展趨勢，從路線發展圖來看，固態鋰金屬電池是追求能量密度的最優方案。當前電池的狀態正從液態向固態更安全的方向發展。

　　那么，固態電池和液態電池相比較而言，哪種更具有優點呢？

　　傳統的液態鋰離子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兩極，中間為電解質（液態）。而鋰離子就像優秀的運動員，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，完成電池的充放電過程。而固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子集中在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。

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

　　胡啟朝解析，目前他和團隊在做的這種固態鋰金屬電池，通過類比的方式來理解，把今朝通用的智能手機電池和這種電池放到一起。固態鋰金屬電池在體積上比前者小一半，但儲存的電量是一樣的。而且這種電池的重量還輕，電池成本更低。目前純固態金屬電池一般都使用在軍事、衛星和無人機等相對高端的范疇。

　　控制鋰枝晶形成基礎研究沖破，鋰金屬產業化待啟

　　在電池市場，鋰離子電池憑借著安全，使用壽命長，維護成本低，重量輕，充放電完全，無記憶效應等優點迅速占領著市場。

　　但在鋰離子電池在使用的過程中，內部會發生電解液分析、活性材料失活、正負極結構坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數量減少等不可逆的電化學反應并導致容量下降。尤其當下對快速充電的要求，充放電電壓越高、溫度越高，鋰離子電池容量下降就越快，電池壽命衰減是行業內面臨的挑戰。

　　“鋰金屬在性能上可以超過石墨和硅碳負極，而且可以做得體積更小。”胡啟朝解析，控制鋰枝晶技術，基于固態電解液的方案能在很大程度上處理了壽命衰減的難題。但目前，固態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使用范疇。

　　事實上，美國麻省固體能源公司是當前世界上極少數能將動力電池能量密度做到500Wh以上的電池企業，也是目前唯一一家實現批量加工供貨的電池廠。

　　據知道，2012年，胡啟朝從MIT博士卒業后創立了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鋰電池的兩倍。目前已在美國以及亞洲地區的著名風投機構融資超過五千萬美金。2012年上半年，胡啟朝贏得了美國能源部頒發的清潔能源獎，以及全美清潔能源商業計劃比賽亞軍。同年，還被福布斯雜志評選為全球30位30歲以下杰出科學家之一。

　　2017年，SolidEnergy發布了第一代產品Hermes(HighEnergyRechargeableMetalCellsforSpace)，這款世界上最輕的二次電池，能量密度高達480Wh/kg，或許將引發地面和空中運輸方式上新一輪的電池革命。胡啟朝表示，將來，SolidEnergy準備將該技術投入空間，國防，消費級無人機，智能手機，可穿戴裝備以及電動車范疇的使用，一個嶄新的鋰金屬產業化模式有待開啟！

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