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美国麻省固体能源胡启朝:固态锂金属电池是追求能量密度最优方案

导读: 随着锂电的产业化渐渐走向成熟,国家对新能源汽车和电池实施补贴退坡直至取消政策,当下行业的发展和政策的实施都对电池的能量密度提出新的要求。动力电池的发展趋势正朝着更安全、能量密度更高的方发展。

随着中国成为全球第一大电动汽车市场,与之密不可分的动力电池行业也得到迅速发展,锂电的产销量正在逐年增高。然而,随着锂电的产业化渐渐走向成熟,国家对新能源汽车和电池实施补贴退坡直至取消政策,当下行业的发展和政策的实施都对电池的能量密度提出新的要求。动力电池的发展趋势正朝着更安全、能量密度更高的方发展。

5月21日,“OFweek 2018(第二届)中国动力锂电池技术及应用研讨会” 在深圳马哥孛罗好日子酒店成功举办。在本次研讨会上,来自美国麻省固体能源公司(SolidEnergy) 的创始人兼CEO 胡启朝带来了“能量密度可达500瓦时/千克的锂电池 ”的主题演讲,与现场参会嘉宾分享了未来追求能量密度最优方案之一的固态锂金属电池的发展前景。

美国麻省固体能源胡启朝:固态锂金属电池是追求能量密度最优方案

固态锂金属电池是追求能量密度最优方案?

“固态锂金属电池是追求能量密度的最优方案”。美国麻省固体能源公司创始人兼CEO胡启朝认为,从当下锂电池技术的发展趋势,从路线发展图来看,固态锂金属电池是追求能量密度的最优方案。当前电池的状态正从液态向固态更安全的方向发展。

那么,固态电池和液态电池相比较而言,哪种更具有优势呢?

美国麻省固体能源胡启朝:固态锂金属电池是追求能量密度最优方案

传统的液态锂电池被人们形象地称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员,在摇椅的两端来回奔跑,在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,完成电池的充放电过程。而固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。

因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,在节约成本的同时还减轻自身重量。此外,在能量密度方面,锂电池的技术正由锂离子向锂金属更高的能量密度发展。

胡启朝介绍,目前他和团队在做的这种固态锂金属电池,通过类比的方式来理解,把现在通用的智能手机电池和这种电池放到一起。固态锂金属电池在体积上比前者小一半,但储存的电量是一样的。而且这种电池的重量还轻,电池成本更低。目前纯固态金属电池一般都应用在军事、卫星和无人机等相对高端的领域。

控制锂枝晶形成基础研究突破,锂金属产业化待启

在电池市场,锂电池凭借着安全,使用寿命长,维护成本低,重量轻,充放电完全,无记忆效应等优势迅速占领着市场。

但在锂电池在使用的过程中,内部会发生电解液分解、活性材料失活、正负极结构坍塌导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等不可逆的电化学反应并导致容量下降。尤其当下对快速充电的要求,充放电电压越高、温度越高,锂电池容量下降就越快,电池寿命衰减是行业内面临的挑战。

“锂金属在性能上可以超过石墨和硅碳负极,而且可以做的体积更小。”胡启朝介绍,控制锂枝晶技术,基于固态电解液的方案能在很大程度上解决了寿命衰减的难题。但目前,固态锂金属电池成本还比较高,更适用于轻量化和不太注重于成本的应用领域。

美国麻省固体能源胡启朝:固态锂金属电池是追求能量密度最优方案

事实上,美国麻省固体能源公司是当前世界上极少数能将动力电池能量密度做到500Wh以上的电池企业,也是目前唯一一家实现批量生产供货的电池厂。

据了解,2012年,胡启朝从MIT博士毕业后创立了SolidEnergy,便开始了二次锂金属电池的研究之路,将能量密度提升到传统锂离子电池的两倍。目前已在美国以及亚洲地区的著名风投机构融资超过五千万美金。2012年上半年,胡启朝赢得了美国能源部颁发的清洁能源奖,以及全美清洁能源商业计划比赛亚军。同年,还被福布斯杂志评选为全球30位30岁以下杰出科学家之一。

2017年,SolidEnergy发布了第一代产品Hermes(High Energy Rechargeable Metal Cells for Space), 这款世界上最轻的二次电池,能量密度高达480Wh/Kg,或许将引发地面和空中运输方式上新一轮的电池革命。胡启朝表示,未来,SolidEnergy准备将该技术投入空间,国防,消费级无人机,智能手机,可穿戴装备以及电动汽车领域的应用,一个崭新的锂金属产业化模式有待开启!

美国麻省固体能源胡启朝:固态锂金属电池是追求能量密度最优方案


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