到2015 年全球鋰離子電池總銷量將會增長到4,110 萬千瓦時,較2012 年增長27%;2020 年將比2012 年增長1 倍,而2025 年將翻3 倍。

美國創新蓄電黃百海:打破鋰電池能量極限

美國創新蓄電公司(Enevate Corporation)CEO、美籍華人黃百海(Brian Wong)時常穿梭于美國加州和中國東南沿海各城市的電池制造產業群。雖已在職場打拼32 年,成功領導過兩家創業公司,他仍然顯得像現在所處的鋰電池行業那樣“能量充沛”——這已經是他第3 次加入創業公司。“我喜歡新鮮事物,喜歡做東西,喜歡把最新的技術變成產品帶給消費者,并且改變人們的生活?!秉S百海言語中的熱情猶如他滿頭的黑卷發,讓你無法分辨他真實的年齡。

作為一家專注鋰電池創新的創業公司,創新蓄電的鋰電池能量密度(energy density)比市場上現有鋰電池產品高出30% 以上。能量密度是檢驗電池品質的核心指標之一,改善的目標是在重量越輕、體積越小的電池包中存儲越來越多的能量。以我們熟悉的廠商比亞迪的鋰電池為例,其目前按照重量和體積分別可達到的實際比能量為100-125 瓦時/公斤和240-300 瓦時/ 升,風頭正勁的特斯拉電動汽車Model S 所使用的松下18650 鈷酸鋰電池的能量密度為170 瓦時/ 公斤,而創新蓄電的新型鋰電池能量密度可以達到250-350 瓦時/ 公斤和600-800瓦時/ 升。

“伴隨智能手機、消費電子、電動汽車等領域的快速發展,市場對電池能量密度的需求提升大約在年均15% 左右,但實際上過去幾年鋰電池能量密度的年平均改善率僅為3%-5%,按照目前的發展速度估算,我們的高能鋰電池一上市就可以至少領先市場8 年。”黃百海信心滿滿地說。目前創新蓄電已經為手機和平板電腦廠商提供小批量供貨,預計今年將實現大規模批量生產?!拔覀兊念嵏残约夹g不僅讓我們可以跨越式提升電池能量密度,而且可以把電池做得很薄,這正是市場的普遍需求?!秉S百海補充道。

創新蓄電公司的技術緣自加州大學實驗室。2005 年,在加州大學研究碳納米MEMS 芯片的科學家Benjamin Park 博士發現他所研究的技術在電池、儲能領域的廣闊應用前景,并成立碳微電池公司(Carbon Micro Battery,創新蓄電公司的前身)。在一些種子研究基金的支持下,Park 博士的研究取得了一系列突破性研究成果。2008 年,碳微電池公司得到德豐杰(Draper Fisher Jurvetson)和使命投資(Mission Ventures)共計約500 萬美元的首輪風險投資,這筆資金足夠這個當時以科學家為主力的創始團隊招兵買馬,并從加州大學完全獨立出來開發可以走向商業應用的產品。

鋰離子電池是到20 世紀90 年代初才正式實用化的新興二次充電電池。相比于傳統的鉛酸電池、鎳氫電池等,鋰離子電池的優勢特點顯著,包括單體電池工作電壓高、比能量大、無記憶效應、環境友好等。無論是智能手機中更快的芯片、更大的屏幕,還是電動汽車更強勁的馬力、更長的續航里程,所依托的瓶頸突破都指向“能量”。正因為如此,鋰離子電池在最近10 多年的發展中異軍突起,受到市場和投資者的追捧。

提升鋰離子電池能量密度的主要方法有兩種 :一是通過電池設計來提高。削減對產生電力沒有貢獻的部材,比如減薄正負極的集電體及隔膜、減少粘結劑及導電輔助材料等。但這種做法存在極限 ;二是增大電極活性物質(正負極)的單位重量或者單位體積的容量。鋰離子電池的化學原理是充電時,鋰離子從正極材料的晶格中脫出,經過電解質后插入到負極材料的晶格中,使得負極富鋰,正極貧鋰;放電時逆向相反。對正負極材料的開發研究長期以來一直都在進行,比如正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等,但這些材料不少已經接近理論極限的容量使用,突破性新材料的引入很可能要做“牽一發而動全身”的改變。相比之下,在負極材料的改進方面的空間仍然廣闊。

[責任編輯:趙卓然]

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