中國儲能網(wǎng)訊：最近炒得很熱的一個(gè)叫Solid Energy的美國startup，據(jù)稱其獨(dú)創(chuàng)的“無負(fù)極電池”技術(shù)可以使電池達(dá)到1337Wh/L的能量密度，該公司創(chuàng)始人之一華裔科學(xué)家胡啟朝博士宣稱該技術(shù)將“顛覆電動汽車行業(yè)”，并有望在未來一兩年之內(nèi)投入實(shí)際應(yīng)用。
筆者仔細(xì)觀看了Solid Energy網(wǎng)站提供的視頻信息并且查閱了胡博士發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，如果這些信息屬實(shí)的話，筆者認(rèn)為這種電池就是采用金屬鋰作負(fù)極LCO作正極的電池，只是負(fù)極金屬鋰層很薄，而并不是真的“沒有負(fù)極”。
讀者是不是覺得似曾相識呢?沒錯(cuò)，七十年代鋰電池剛誕生時(shí)(更準(zhǔn)確一點(diǎn)說是鈷酸鋰剛被用作正極材料時(shí))就是這樣的。所不同的是根據(jù)Solid Energy的描敘，金屬鋰是通過某種技術(shù)沉積在銅箔集流體表面，然后在鋰層上再沉積一層很薄的聚合離子液體電解質(zhì)層。暫且不論成本(沉積工藝和離子液體的價(jià)格)以及高活性金屬鋰的操作安全問題(FMC有深刻經(jīng)驗(yàn))，大規(guī)模生產(chǎn)中諸多復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程問題就遠(yuǎn)非一個(gè)startup能夠解決。
在筆者看來，Solid Energy最大的挑戰(zhàn)還是在于金屬鋰負(fù)極，因?yàn)镾olid Energy所宣稱的“巨大潛力和光明的未來”都是基于高活性鋰金屬可以作為負(fù)極(否則高能量密度將是虛幻)這樣一個(gè)假設(shè)。
其實(shí)，從鋰離子電池的誕生歷史我們可以很清楚地看到，鋰離子電池采用碳負(fù)極的根本原因，正是因?yàn)殇嚽短蓟衔锝档土私饘黉嚨母呋钚?。所以，基于嵌入反?yīng)的鋰離子電池其實(shí)是不得已的折衷辦法!最近兩年，國際上關(guān)于金屬鋰負(fù)極的研究掀起了一陣小高潮，從基礎(chǔ)研究的角度而言是很好理解的。要想進(jìn)一步提高鋰電的比能量，那么就必須打破現(xiàn)在的嵌入反應(yīng)機(jī)理的束縛, 跟其它常規(guī)化學(xué)電源一樣采用異相氧化還原機(jī)理，也就是采用金屬鋰做負(fù)極，使用金屬鋰負(fù)極的電池自然是“終極鋰電池”。正如之前筆者討論過的，以金屬鋰做負(fù)極的“終極鋰電池”能否實(shí)現(xiàn)，安全性問題仍然是第一決定性因素。而迄今為止，Solid Energy并沒提供其電池的相關(guān)測速數(shù)據(jù)。
曾遭遇滑鐵盧
NEC在1990年收購Moli以后，對Li-MoS2電池仍然不死心，為了完成Confirmation Test，Moli做了五萬個(gè)電池，每一個(gè)電池都用X-Ray 檢查缺陷，整整花費(fèi)了一年半的時(shí)間，最后結(jié)論仍然是金屬鋰不適合用于負(fù)極材料。所以，鋰金屬作負(fù)極在電池工業(yè)界是一個(gè)滑鐵盧般經(jīng)典的案例。
現(xiàn)在每當(dāng)電池工業(yè)界的內(nèi)行人(尤其是日本同行)聽到有人忽悠Li-S和Li-Air電池的時(shí)候，他們的嘴邊都是泛起一絲殘忍的微笑，因?yàn)檫@兩個(gè)電化學(xué)體系的最核心問題正是筆者前面討論過的金屬鋰負(fù)極問題。NEC完成Confirmation Test的時(shí)間已經(jīng)到了1992年，而SONY在一年前就以已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了基于碳負(fù)極的鋰離子電池。正是因?yàn)镹EC沉迷于金屬鋰負(fù)極，才在鋰電池的生產(chǎn)上被SONY遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在了后面。吉野和西美先生能夠在八十年代初期就完全拋棄金屬鋰負(fù)極的想法，筆者不得不由衷的欽佩他們當(dāng)初的遠(yuǎn)見卓識。
筆者這里不是說金屬鋰負(fù)極沒有意義，而是想要強(qiáng)調(diào)，這個(gè)領(lǐng)域突破的難度極大，根本不是當(dāng)前學(xué)術(shù)界有些人玩弄花里胡哨的納米概念所能解決的(J. R. Dahn就“納米鋰電”問題多次做過尖銳批評)。在筆者看來，只有采用固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池(All-solid-state Li-ion battery)才有可能讓金屬鋰負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用成為可能。日本Toyota(豐田汽車)是國際上全固態(tài)電池的領(lǐng)頭羊，目前其發(fā)展出的原型電池在技術(shù)水平上遙遙領(lǐng)先其它企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，而Toyota在該領(lǐng)域已經(jīng)有近20年的研發(fā)積累。
過去數(shù)十年，由于全球新能源研究的再次興起，美國成立了很多電池相關(guān)的風(fēng)投小公司。這些startup主要集中在美國西海岸加州硅谷一帶和東海岸波士頓附近，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)多達(dá)上百家。有一定知名度的鋰電startup有Envia, Ambri，Imprint Energy，Alveo Energy，Sila Nanotechnologies，Boulder Ionics， Prieto Battery，Sakti3，Xilectric，Amprius，Leyden Energy，California Lithium Battery， PolyPuls等等。受制于美國鋰電產(chǎn)業(yè)非常薄弱的現(xiàn)實(shí)，這些鋰電startup幾乎都把開拓中國市場當(dāng)作主要目標(biāo)之一。這些鋰電startup里基本上都有華人技術(shù)骨干，出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷，國人未免對它們倍感親切備受推崇。
鋰電產(chǎn)業(yè)是一個(gè)資本加技術(shù)密集型的高科技行業(yè)，屬于典型的實(shí)體經(jīng)濟(jì)范疇，所以鋰電領(lǐng)域內(nèi)具有產(chǎn)業(yè)意義上的技術(shù)進(jìn)步仍然是很緩慢的，需要解決科學(xué)和工程方面的一系列難題，取得革命性突破非常困難。比如鋰電產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)二十多年了，基本生產(chǎn)工藝跟20年前仍然差別不大，LCO和石墨材料仍然占據(jù)超過50%和99%的正極和負(fù)極的市場份額。
而另一方面，在整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上，產(chǎn)能、市場、技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)都越來越向少數(shù)跨國公司集中，這種“馬太效應(yīng)”使得新入行的startup很難或者可以說幾乎就沒有翻身的可能，這正是實(shí)體經(jīng)濟(jì)和IT行業(yè)一個(gè)很大的區(qū)別。這些startup里，最“接近”成功的當(dāng)屬A123了，其他的startup還都在為生存而掙扎。之所以Facebook、Google這樣的互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)神話不能在電池行業(yè)被復(fù)制，背后是有深層次原因的。
作為一名科研工作者，筆者對任何新技術(shù)都持開放的態(tài)度。筆者這些年一直在鋰電研發(fā)和生產(chǎn)一線，接觸了不少這樣的startup和它們的“革命性”電池技術(shù)。實(shí)事求是而言，這些所謂的新技術(shù)大部分僅僅只是一個(gè)概念或者idea而已，所謂的電池技術(shù)“突破性”進(jìn)展，基本上都是startup為博得眼球或者獲取風(fēng)險(xiǎn)投資的宣傳伎倆?！皻v史總是何曾地相似”，回顧鋰離子電池的誕生歷史，我們應(yīng)當(dāng)對這些問題會有更加深刻的理解和認(rèn)識。
原標(biāo)題:JFD：揭底“無負(fù)極電池”
