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为突破电池性能瓶颈 企业卯足劲赚眼球

发布时间: 2015-07-09 09:40:55    来源: 高工锂电网    作者: 赵冲
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[摘要]无论是手机还是新能源汽车,续航里程都是其发展面临的一大短板,长期以来,一些国际公司在该领域的技术研发都没有停止。

 

  无论是手机还是新能源汽车,电池的续航能力都是其发展面临的一大短板,长期以来,一些国际公司在该领域的技术研发都没有停止。

  近日,三星电子就展示了其开发的一种新型电池技术,这种新技术在电池的阴极上加入一种硅涂层,打破了现有电池技术在充放电循环和容量上的限制。三星的研究人员声称,这种技术可让电池在首个循环当中达到972Wh/L的体积能量密度,第200次循环时也能保持在700Wh/L——这分别达到了目前锂电池的1.8和1.5倍。

  这也就是说,三星的技术能在相同的体积内实现更大的容量。就拿Galaxy S6的电池(2550mAh)为例,这块电池在新技术的帮助下可实现高达4000mAh以上的容量,而更大的容量也就意味着更长的续航能力。

  对于续航能力有急切要求的不仅仅是手机,电动汽车更是如此,由于电池在能量密度上远不能同内燃机相比,因此续航里程长期以来是电动车最大软肋之一。以至于许多国家出台的新规定中,只有电动车单次充电续航里程达到一定水平,方能享受补贴优惠政策。

  作为国际型车企,大众一直在加大对于续航里程的技术研发,大众汽车CEO马丁˙文德恩(Martin Winterkorn)近日在接受德国媒体采访时表示:“大众正在加利福尼亚州硅谷研发一款超级电池,新电池价格更低,体积更小,动力更强劲。一款电动版大众品牌车型(在搭载超级电池后)纯电动续航里程有望达到300公里(186英里)。这将是电动车(性能)质的飞跃。”

  今年第二季度,大众曾表示将于今年7月份前公布其纯电动汽车的电池选择方案,正在研发下一代锂电池单元技术,能量密度可达到当前电池的5倍之多。马丁˙文德恩甚至直言不讳的称:“我认为固态电池技术应用潜力巨大,应用该技术很有可能将电动车续航里程提升至700公里。”

  除了性能,电池造价也是包括大众在内的大部分车企希望突破的重点。当下电动车售价不菲,很大原因是由于电池组成本居高。为了降低电池成本,大众正在统一锂电池的单元设计。虽然电池车型号规格各异,但统一的电池单元可以采用不同的封装数量与方式,满足各类需求。大众的目标是通过简化电池单元设计降低电池成本66%。

  同样是为了降低成本,美国24M公司采用的是另外一种思路,该公司开发出一种制造锂电池的先进工艺,不仅有望显著降低生产成本,还能提高电池性能,使其更易于回收。

  现有的锂电池制造方法还是20年前发明的,效率低下,过程繁琐。麻省理工学院陶瓷工艺教授、24M公司联合创始人、A123电池公司前创始人之一的蒋业明(Yet-Ming Chiang)与同事于5年前提出了“液流电池”的概念,以带有细微颗粒的悬浮液作为电极,通过泵送的方式在电池中循环。但分析表明,液流电池系统适合于低能量密度电池,对于锂电池这样的高能量密度设备而言,意味着成本的增加。

  为此,蒋业明的团队改进了设计,新版本被称为“半固体电池”:电极材料不流动,是一种类似于半固态的胶体悬浮液。据物理学家组织网报道,不同于标准工艺需要在衬底材料上添加液态涂层,然后等材料干后才能开始下一道工序,新方法让电极材料始终处于液态,根本不需要干燥。该系统通过使用更少但更厚的电极,将传统电池结构中的分层数量以及非功能性材料的用量减少了80%。

  蒋业明说,新工艺极大地简化了制造过程,生产成本可降低一半。电池具有柔性并且更加耐用,不仅可弯曲、折叠,即使被子弹穿过也不会受损。这种方法还可以按比例扩大生产,据他估计,到2020年,每千瓦时容量的成本将降至100美元以下。

  目前24M公司已经在原型生产线上制造了大约10000块这样的电池,其中大部分正在接受3个工业合作伙伴的测试,包括泰国的一家石油公司和日本重型设备制造商IHI株式会社。新工艺已获得8项专利,另有75项专利正在接受评审。

  电动汽车电池容量提升之后,紧接而至的就是快速充电的需求。一家名为StoreDot的以色列公司研发出一种汽车超级充电技术,其中包括电池组和专用充电桩。StoreDot的超级充电技术可在5分钟内为电动汽车补充能够续航480公里的电量,这与传统汽车加满一箱油的时间相差无几。

  StoreDot CEO Doron Myersdorf指出,这项超级充电技术中所利用的电池采用了大量的创新设计,该公司研发出了一种新的技术——多功能电极(multifunction electrode,MFE)。

  MFE使用了导电聚合物和金属氧化物作为电池材料。前者允许电池接收快速充电,而后者则用来把迅速聚合的锂离子慢慢流进电极。这一快一慢两个过程既保证了充电的快速性,又避免了电极崩溃或者寿命变短。

  在提升充电速度的同时, Doron Myersdorf也考虑到消费者对于价格的接受程度,其快速充电电池的造价将比锂电池高出20%-30%,但由于寿命更长,所以均摊下来反而会比使用锂电池更便宜。

  按计划,StoreDot公司计划在2016年推出这种超级充电系统的原型,并力争2017年实现商业化。

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