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最近炒得很热的一个叫Solid Energy的美国startup,据称其独创的“无负极电池”技术可以使电池达到1337Wh/L的能量密度,该公司创始人之一华裔科学家胡启朝博士宣称该技术将“颠覆电动汽车行业”,并有望在未来一两年之内投入实际应用。
笔者仔细观看了Solid Energy网站提供的视频信息并且查阅了胡博士发表的相关文献,如果这些信息属实的话,笔者认为这种电池就是采用金属锂作负极LCO作正极的电池,只是负极金属锂层很薄,而并不是真的“没有负极”。
读者是不是觉得似曾相识呢?没错,七十年代锂电池刚诞生时(更准确一点说是钴酸锂刚被用作正极材料时)就是这样的。所不同的是根据Solid Energy的描叙,金属锂是通过某种技术沉积在铜箔集流体表面,然后在锂层上再沉积一层很薄的聚合离子液体电解质层。暂且不论成本(沉积工艺和离子液体的价格)以及高活性金属锂的操作安全问题(FMC有深刻经验),大规模生产中诸多复杂的生产设备和工艺流程问题就远非一个startup能够解决。
在笔者看来,Solid Energy最大的挑战还是在于金属锂负极,因为Solid Energy所宣称的“巨大潜力和光明的未来”都是基于高活性锂金属可以作为负极(否则高能量密度将是虚幻)这样一个假设。
其实,从锂离子电池的诞生历史我们可以很清楚地看到,锂离子电池采用碳负极的根本原因,正是因为锂嵌碳化合物降低了金属锂的高活性。所以,基于嵌入反应的锂离子电池其实是不得已的折衷办法!最近两年,国际上关于金属锂负极的研究掀起了一阵小高潮,从基础研究的角度而言是很好理解的。要想进一步提高锂电的比能量,那么就必须打破现在的嵌入反应机理的束缚, 跟其它常规化学电源一样采用异相氧化还原机理,也就是采用金属锂做负极,使用金属锂负极的电池自然是“终极锂电池”。正如之前笔者讨论过的,以金属锂做负极的“终极锂电池”能否实现,安全性问题仍然是第一决定性因素。而迄今为止,Solid Energy并没提供其电池的相关测速数据。
曾遭遇滑铁卢
NEC在1990年收购Moli以后,对Li-MoS2电池仍然不死心,为了完成Confirmation Test,Moli做了五万个电池,每一个电池都用X-Ray 检查缺陷,整整花费了一年半的时间,最后结论仍然是金属锂不适合用于负极材料。所以,锂金属作负极在电池工业界是一个滑铁卢般经典的案例。
现在每当电池工业界的内行人(尤其是日本同行)听到有人忽悠Li-S和Li-Air电池的时候,他们的嘴边都是泛起一丝残忍的微笑,因为这两个电化学体系的最核心问题正是笔者前面讨论过的金属锂负极问题。NEC完成Confirmation Test的时间已经到了1992年,而SONY在一年前就以已经产业化了基于碳负极的锂离子电池。正是因为NEC沉迷于金属锂负极,才在锂电池的生产上被SONY远远地抛在了后面。吉野和西美先生能够在八十年代初期就完全抛弃金属锂负极的想法,笔者不得不由衷的钦佩他们当初的远见卓识。
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