自從純電動汽車成為市場的焦點(diǎn)之后，關(guān)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(dá)1000公里的石墨烯電池，創(chuàng)新電池結(jié)構(gòu)的半固態(tài)鋰電池……似乎那些長期占據(jù)絕對市場份額的鉛酸電池、鋰離子電池等傳統(tǒng)電池，分分鐘就要被這些“家族新貴”革了命。
然而，事實(shí)真的如新聞里描述的那樣么？從電池研發(fā)的歷史上看，縱使電池行業(yè)發(fā)展了200多年，市場依然被技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最成熟的鉛酸電池和鋰離子電池占據(jù)；特別是近20年，電池每年能量密度穩(wěn)定提高3%至6%，已實(shí)屬不易。一種適用電池的新材料從開發(fā)到產(chǎn)業(yè)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(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)無法代表產(chǎn)業(yè)化能力，單一指標(biāo)優(yōu)勢也不能以偏概全，雖然人們都急盼著能夠盡快發(fā)生電池革命，但可能還需要經(jīng)歷更長時間的等待。
半固態(tài)鋰電池：結(jié)構(gòu)上的改變
日前，美國麻省理工學(xué)院的研究人員蔣業(yè)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(tài)鋰離子電池。該發(fā)明人宣稱不僅有望顯著降低生產(chǎn)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(fā)業(yè)界關(guān)注。
實(shí)際上，這種電池的原理并不復(fù)雜，與現(xiàn)有鋰離子電池設(shè)計(jì)類似。電極單元是細(xì)小的鋰化合物粒子與液體電解液、導(dǎo)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(fù)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(fù)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(fù)極室穿梭通過隔膜，電子通過外電路傳輸完成。
“相較于蔣業(yè)明之前發(fā)明的半固態(tài)液流電池，半固態(tài)鋰離子電池實(shí)際上更接近于鋰離子電池的設(shè)計(jì)。”中國科學(xué)院物理研究所研究員、電池專家李泓接受記者專訪時說，現(xiàn)有的鋰離子電池采用多層薄膜電極設(shè)計(jì)，而這種電池采用厚電極，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fù)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(tài)鋰離子電池由于采用厚電極，單層隔膜，無法實(shí)現(xiàn)快速充放電，也意味著在動力上沒有優(yōu)勢，這是制約其在電動汽車上大規(guī)模推廣的一大缺陷。李泓建議說，并不是所有電池應(yīng)用都對高功率有要求，如果能夠找到合適的應(yīng)用場景，并且在某些技術(shù)指標(biāo)上確實(shí)有超越現(xiàn)有鋰離子電池的地方，那就可以逐漸拓寬它的應(yīng)用領(lǐng)域，比如靜態(tài)儲能領(lǐng)域。
但是任何電池的應(yīng)用都需要綜合技術(shù)指標(biāo)滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，目前，24M開發(fā)的半固態(tài)厚電極鋰離子電池技術(shù)還需要進(jìn)一步全面評價并與現(xiàn)有先進(jìn)的鋰離子電池技術(shù)作對比。這種電池目前推廣仍存在不少困難，半固態(tài)鋰離子電池的生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有鋰離子電池的工藝不完全兼容，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、品質(zhì)控制、測試標(biāo)準(zhǔn)、量產(chǎn)工藝等都得從頭摸索，防止內(nèi)部短路的隔膜等關(guān)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(huán)性、成本上都不占優(yōu)勢，真正走向市場還需要相當(dāng)長時間。”李泓說。
