美研發(fā)公司顛覆傳統(tǒng)鋰電池:能量密度超2倍

過去20年間發(fā)生的科技飛躍令人瞠目結(jié)舌。計算機已經(jīng)從功利主義的盒子轉(zhuǎn)變?yōu)橛山饘俸筒ＡЫM成的線條明朗的矩形，且小到能夠放在口袋里?，F(xiàn)在的設(shè)備要強大得多，一款新型智能手表的計算能力比阿波羅登月飛船的都要強大。然而最流行的可充電電池鋰離子電池也已經(jīng)但電池技術(shù)停滯不前。

　　由麻省理工學(xué)院創(chuàng)業(yè)團隊在2012年春天創(chuàng)辦的麻省固體能源公司(Solid Energy)，于2014年10月下旬對外宣布其電池研發(fā)取得世界級突破，其2Ah的電池樣品達到1337Wh/L的能量密度，超過蘋果、三星，小米和特斯拉電池2倍，將顛覆20多年以來統(tǒng)治消費類電子產(chǎn)品和電動汽車的傳統(tǒng)鋰離子電池。這一項成果突破了目前世界最高記錄，并由美國獨立電池測試實驗室A123公司驗證。

　　根據(jù)能源部，第一代鋰電池使用石磨負極，第二代鋰電池使用硅負極。第一代和第二代都屬于鋰離子電池。第三代鋰電池會是“超越鋰離子”用更高能量密度的金屬負極。雖然很多第三代鋰電池包括鋰硫和鋰空氣電池離產(chǎn)業(yè)化還很遠，因為他們在正極方面有很多根本上的問題，SE用已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的鋰鈷氧(LCO)正極展示了1337Wh/L的2Ah的電芯能量密度。這是迄今為止最高的電芯能量密度。SE是一個電池材料創(chuàng)業(yè)公司，并不和傳統(tǒng)的鋰離子電池巨頭競爭，而是開創(chuàng)一個新空間，第三代“超越鋰離子電池”電池材料領(lǐng)域競爭。

　　傳統(tǒng)的鋰離子電池采用石墨負極僅能達到少于600Wh/L的能量密度；先進的硅負極電池僅取得800Wh/L的能量密度，而超薄鋰金屬負極電池能超過1000Wh/L的能量密度。雖然目前許多鋰金屬負極電池例如鋰空氣、鋰硫電池離實際應(yīng)用還非常遠，麻省固體能源公司使用成熟的鋰鈷氧正極，成功的在2Ah的電芯上實現(xiàn)了1337Wh/L的能量密度，并將在2016年大規(guī)模應(yīng)用到消費類電子產(chǎn)品。

　　同樣體積，兩倍的容量，同樣容量，一半的體積，其成本僅為傳統(tǒng)鋰離子電池的80%。未來的手機將薄如信用卡，一次充電能用兩倍長的時間。可穿戴式，比如智能手表的表帶就是電池。電動汽車沖一次電能有500英里的航程。

麻省固體能源公司致力于推動人類電子產(chǎn)品和電動汽車電池的顛覆，不做正極做負極。正極材料的研發(fā)創(chuàng)新周期很快，一般每年有5%的提升，但這是非常零散的因為不同的應(yīng)用和企業(yè)選擇不同的正極。在負極方面，創(chuàng)新相對來說要困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破。這也是為什么電池由負極決定屬于哪一代。其專注于開發(fā)新一代負極材料并合不同的正極相匹配，包括磷酸鐵鋰，鋰鈷氧，和三元材料。未來希望成為一個材料公司將其專有的負極和電解液銷售給更多的用不同正極的電池企業(yè)。目前已經(jīng)和多個電池公司和消費類電子公司合作測試電池材料。

目前電池行業(yè)有四種電池材料，正極，負極，電解液和隔膜。大部分電池材料企業(yè)做正極材料。領(lǐng)先的電池材料品牌包括三菱化學(xué)，日本化學(xué)，昭和電工，BASF，Celgar， Umicore和杉杉科技。負極主要是石磨為主，這是一種非常成熟的低成本的商品，能量密度很低。在負極提供商中，幾乎沒有技術(shù)差異，他們主要靠降低成本來競爭。正極材料主要是傳統(tǒng)消費類電子產(chǎn)品用的高能量密度的鋰鈷氧(LCO)。但新出現(xiàn)的方向是非常多樣和零散的，包括磷酸鐵鋰(LFP)和三元材料包括鎳鈷鋁(NCA)，鎳鈷錳(NCM)，錳酸鋰(LMO)等，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求比如高體積能量密度，高質(zhì)量能量密度，高放電倍率，長循環(huán)壽命，良好的安全性能等，并且在同一個領(lǐng)域不同的企業(yè)也會有不同的配方和材料選擇。比如一個手機和電動汽車對正極材料的需求是非常不一樣的。電解液方面也是非常多樣，分散的，不同的領(lǐng)域，不同的企業(yè)有自己的配方，但大部分都大同小異。隔膜方面，一些核心技術(shù)由幾家日本和美國企業(yè)掌握，他們收取比較高的利潤。雖然他們繼續(xù)主導(dǎo)高端市場，他們的優(yōu)勢和壟斷地位也在逐漸消失，因為很多新的企業(yè)很快掌握他們的先進技術(shù)。

　　Solid Energy不在擁擠和零散的正極空間競爭，但他的材料(負極和電解液)是與大多數(shù)正極材料兼容。SE省去了隔膜，從而使傳統(tǒng)隔膜公司失去他們的優(yōu)勢。SE主要在電解液和負極上競爭。SE的超薄金屬負極能使的電池設(shè)計達到幾乎“無負極”的狀態(tài)，提供前所未有的高能量密度，這是SE和其他電池材料公司的最大不同點和優(yōu)勢。而SE的負極必須需要SE的電解液才能穩(wěn)定使用。SE的負極和電解液是一套的。正極材料的研發(fā)創(chuàng)新周期很快，一般每年有5%的提升，但這是非常零散的因為不同的應(yīng)用和企業(yè)選擇不同的正極。在負極方面，創(chuàng)新相對來說要困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破。這也是為什么電池由負極決定屬于哪一代。SE專注于開發(fā)新一代負極材料并合不同的正極相匹配，包括磷酸鐵鋰，鋰鈷氧和三元材料。

麻省固體能源公司擁有麻省理工學(xué)院相關(guān)專利的全球獨家使用權(quán)并獲得了一系列知名的科技獎項，包括：美國R&D100獎(科技創(chuàng)新的奧斯卡)，美國能源部清潔能源獎，麻省清潔能源委員會獎，麻省理工清潔能源獎。

　　由麻省理工學(xué)院創(chuàng)業(yè)團隊在2012年春天創(chuàng)辦，公司核心技術(shù)是由胡啟朝博士(2012年福布斯30位30歲以下杰出科學(xué)家之一)和MIT唐納德。賽德維教授(2012年時代周刊世界最有影響力的100人之一)共同研發(fā)的固體聚合物離子液(SPIL)鋰金屬電池材料。