自從純電動汽車成為市場的焦點之后，關于超級電池的消息就不絕于耳。一次加注只需3分鐘的氫氧燃料電池，一次充電巡航里程高達1000公里的石墨烯電池，創新電池結構的半固態鋰電池……似乎那些長期占據絕對市場份額的鉛酸電池、鋰離子電池等傳統電池，分分鐘就要被這些“家族新貴”革了命。

　　

　　然而，事實真的如新聞里描述的那樣么？從電池研發的歷史上看，縱使電池行業發展了200多年，市場依然被技術經濟性最成熟的鉛酸電池和鋰離子電池占據；特別是近20年，電池每年能量密度穩定提高3%至6%，已實屬不易。一種適用電池的新材料從開發到產業化，周期十分漫長，一般需耗時18至20年。

　　

　　縱觀五花八門的“新型電池”，亮眼的實驗室數據無法代表產業化能力，單一指標優勢也不能以偏概全，雖然人們都急盼著能夠盡快發生電池革命，但可能還需要經歷更長時間的等待。

　　

　　半固態鋰電池：

　　

　　結構上的改變

　　

　　日前，美國麻省理工學院的研究人員蔣業明與一家名為24M的衍生公司合作，提出一種制造鋰離子電池的不同工藝：半固態鋰離子電池。該發明人宣稱不僅有望顯著降低生產成本，還能提高電池性能，使其更易于回收，這給純電動汽車性能的提升帶來了全新想象。消息一出，引發業界關注。

　　

　　實際上，這種電池的原理并不復雜，與現有鋰離子電池設計類似。電極單元是細小的鋰化合物粒子與液體電解液、導電添加劑混合形成的泥漿，電池使用兩種泥漿，一種帶正電，一種帶負電。兩種泥漿分別通過鋁集電器和銅集電器收集電子，正極室和負極室之間有一個能傳遞離子、防止電子傳遞的隔膜。電池的充放電原理和鋰離子電池一樣，通過鋰離子在正極室與負極室穿梭通過隔膜，電子通過外電路傳輸完成。

　　

　　“相較于蔣業明之前發明的半固態液流電池，半固態鋰離子電池實際上更接近于鋰離子電池的設計。”中國科學院物理研究所研究員、電池專家李泓接受采訪時說，現有的鋰離子電池采用多層薄膜電極設計，而這種電池采用厚電極，在結構設計上得到了簡化，減少了集流體、隔膜所占的電池總重量的比例，在采用正負極材料相同的情況下，可以提高電池的能量密度，工藝成本有望降低。

　　

　　半固態鋰離子電池由于采用厚電極，單層隔膜，無法實現快速充放電，也意味著在動力上沒有優勢，這是制約其在電動汽車上大規模推廣的一大缺陷。李泓建議說，并不是所有電池應用都對高功率有要求，如果能夠找到合適的應用場景，并且在某些技術指標上確實有超越現有鋰離子電池的地方，那就可以逐漸拓寬它的應用領域，比如靜態儲能領域。

　　

　　但是任何電池的應用都需要綜合技術指標滿足實際應用的要求，目前，24M開發的半固態厚電極鋰離子電池技術還需要進一步全面評價并與現有先進的鋰離子電池技術作對比。這種電池目前推廣仍存在不少困難，半固態鋰離子電池的生產工藝與現有鋰離子電池的工藝不完全兼容，生產線設計、品質控制、測試標準、量產工藝等都得從頭摸索，防止內部短路的隔膜等關鍵材料還需突破。

　　

　　“被市場所接受和在市場上做示范推廣是不一樣的，從目前的情況來看，該公司的這款電池在能量密度、功率密度、循環性、成本上都不占優勢，真正走向市場還需要相當長時間。”李泓說。

　　

　　全固態鋰電池：

　　

　　可靠的安全衛士

　　

　　電動汽車自燃、手機電池爆炸……隨著鋰離子電池的大規模民用，關于電池安全事故的新聞不絕于耳，電池使用的安全問題也廣受各方關注。不久前，日本豐田汽車公司透露，計劃在2020年實現全固態電池的商用化。該公司早在2010年就推出了更安全、壽命更長、功率輸出更優的全固態電池原型器件，希望它能在未來取代現有鋰離子電池。

　　

　　細心的消費者會發現，所有的鋰離子電池都標有詳細的注意事項，乘坐飛機也有嚴格的攜帶限制，這是因為鋰離子電池內帶有的有機溶劑具有可燃性，有一定安全隱患。如果要徹底保證電池安全，就要把可燃燒的有機溶劑用更安全的不能燃燒的固體電解質替換掉。

　　

　　“固態鋰電池有可能顯著提高電芯的安全性，是未來電池技術的重要方向。”李泓表示，現有的鋰離子電池雖然安全性已經很高，但仍會不斷出現安全事故。全固態鋰電池沒有電解液，不易燃燒和爆炸，不會產生液體泄漏和腐蝕，在高溫下壽命不受影響，不易變形，電壓允許范圍更高。

　　

　　“更重要的是，現有應用對電池能量密度要求越來越高，在現有技術下，通常電池容量越大越不安全。所以說，全固態電池是一種革命性技術，它可以在保證安全性的同時，提高電池能量密度。”李泓補充說。

　　

　　不過，單純強調安全性并不能把固態電池完全推向市場，性能的提升和成本的降低更加關鍵。“目前固態電池安全性能更高，但是在其他主要性能上，比如充放電速率上，低溫特性上與采用液體電解質的現有鋰離子電池有顯著的差距。這主要是在固體電解質中離子傳輸的速度較慢，固體電解質和正負極材料界面的電阻很大，這些問題還沒有很好解決，所以快充的特性暫時沒有發揮出來。”李泓透露，全固態電池在快充時更安全，目前在日本學界的研究里表示其可以快充，但都還在實驗室探索階段，離應用較遠。

 

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