日本發(fā)明新技術：鋰離子電池量產(chǎn)成本可降90%

鋰離子電池在科技界扮演著核心角色，為智能手機和智能汽車等各種設備提供動力。日本一位電池開發(fā)者表示，他有辦法將鋰電池的量產(chǎn)成本降低90%，與此同時顯著提高其安全性。

曾負責日產(chǎn)汽車（Nissan Motor Co.）電池研究的堀江英明（Hideaki Horie）于2018年成立了總部位于東京的APB公司，以生產(chǎn)“全聚合物電池”。

此前，日產(chǎn)汽車已向APB公司許可了一項先進技術，以生產(chǎn)這種電池。日產(chǎn)汽車于1990年代初開始研發(fā)鋰離子電池，于1997年推出了Prairie Joy EV，并成為在商用電動汽車中安裝鋰離子電池的先驅(qū)。

今年早些時候，APB公司獲得了包括建筑商大林組株式會社（Obayashi Corp.）、工業(yè)設備制造商橫河電機株式會社（Yokogawa Electric Corp.）和碳纖維生產(chǎn)商帝人株式會社（Teijin Ltd.）在內(nèi)的一批日本企業(yè)的支持。

今年3月，APB籌集了80億日元（合7400萬美元），雖然這筆錢顯得有些微不足道，但足以為一家擬于明年開始量產(chǎn)的工廠提供全套設備。堀江英明估計，其位于日本中部的工廠至2023年裝機容量將達到10億瓦時。

成本更低 容量更大

“現(xiàn)在制造鋰電池的問題在于，它的器件生產(chǎn)類似于半導體，”堀江英明在接受采訪時表示，“我們的目標是使其更像鋼鐵生產(chǎn)?！?/p>

電池基本單元——電池芯的制造是一個復雜的過程，需要在潔凈室條件下完成——需要控制濕度、持續(xù)的空氣過濾，以防止高反應性材料受到污染。條件如此嚴苛，以至于像韓國的LG化學、中國的寧德時代和日本的松下電器這樣的頂級電池公司需要斥資數(shù)十億美元來建造工廠。

堀江英明的創(chuàng)新之處在于用樹脂結(jié)構(gòu)代替電池的基本組件——金屬內(nèi)襯電極和液態(tài)電解質(zhì)，從而提高了安全性并降低了成本。他說，這種方法大大簡化并加快了生產(chǎn)進程，就像“黃油抹面包”一樣容易。

新型電池單元的正面和背面由聚合物集電器制成，正面和背面分別具有負極性或正極性，并構(gòu)成電池盒的一部分。10米長的電池片可以“像座墊一樣”堆疊在一起，從而增加容量。

傳統(tǒng)電池和全聚合物電池示意圖

安全性提升

鋰離子電池自近三十年前首次商業(yè)化以來已經(jīng)走過了漫長的道路。與十年前相比，它們的使用壽命更長，功率更大，成本降低了85%，成為推動智能手機和平板電腦內(nèi)部功能越來越強大的主力軍。

但是安全性仍然是一個問題，從特斯拉（Tesla Inc.）汽車到波音公司（Boeing Co.）的夢幻客機以及三星電子（Samsung Electronics Co.）的智能手機，電池一直是引起火災的“罪魁禍首”。

堀江英明說：“從物理學角度來看，鋰離子電池是人類創(chuàng)造的最好的加熱器?！?/p>

不過，樹脂電池在被刺破時具有防火性。在傳統(tǒng)電池中，一個刺孔會產(chǎn)生成百上千安培的電涌，是普通家庭電流的好幾倍。溫度會上升到700攝氏度。而APB的電池使用所謂的雙極設計，它消除了目前的電力瓶頸，并允許電池的整個表面吸收電涌，從而避免了這種災難性的情況。

“由于發(fā)生了很多事故，安全一直是行業(yè)內(nèi)的頭等大事，”Wood Mackenzie儲能團隊高級分析師Mitalee Gupta表示?！叭绻摴灸軌蜓杆贁U大規(guī)模，這對于存儲和電動汽車應用來說都是一個突破?！?/p>

并不完美 聚焦固定電池領域

但是這項技術也不是沒有缺點?？偛课挥诩永Ｄ醽喌淖稍児綯otal Battery Consulting Inc.的總裁Menahem Anderman認為，聚合物的導電性不如金屬，這可能會嚴重影響電池的承載能力。

他表示，雙極設計的一個缺點是電池芯在電池中背對背連接，使對單個電池芯的控制變得困難。他還質(zhì)疑節(jié)省下來的費用是否足以與現(xiàn)有企業(yè)競爭?！霸谖磥?5年或更長時間內(nèi)，鋰離子液態(tài)電解質(zhì)仍將是主要應用，”他說。

堀江英明承認，APB無法與那些已經(jīng)投資數(shù)十億美元并從規(guī)模經(jīng)濟中受益的電池巨頭競爭。APB不會將目光投向汽車行業(yè)的“紅?！保菍I(yè)務重點放在建筑、辦公室和發(fā)電廠使用的固定電池上。