DQZHAN技術(shù)訊：*值得期待的14款國外電池前沿技術(shù)
編者按：目前的動(dòng)力電池大部分都選用鋰電池，但鋰電池發(fā)展至今，其能量密度已經(jīng)接近理論物理極限，尋求新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)鋰電池質(zhì)變已是迫在眉睫?？梢灶A(yù)見的是，誰將鋰電池質(zhì)變技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，誰就能飲得新能源汽車市場的頭啖湯。
在化石能源逐漸匱乏的大環(huán)境下，新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油車的趨勢已是勢不可擋。而事實(shí)上，盡管近年來電動(dòng)汽車飛速發(fā)展，銷量成倍增加，但相較于傳統(tǒng)車依然顯得不夠份量。
電動(dòng)汽車尚限于續(xù)航和**而不能普及市場，很大程度上源于其心臟——?jiǎng)恿﹄姵夭粔驈?qiáng)大。
目前的動(dòng)力電池大部分都選用鋰電池，但鋰電池發(fā)展至今，其能量密度已經(jīng)接近理論物理極限，尋求新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)鋰電池質(zhì)變已是迫在眉睫?？梢灶A(yù)見的是，誰將鋰電池質(zhì)變技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，誰就能飲得新能源汽車市場的頭啖湯。
在新技術(shù)的革新上，國內(nèi)外企業(yè)一直在進(jìn)行持續(xù)的投入：東旭光電等主推石墨烯電池、銀隆和微宏動(dòng)力推崇鈦酸鋰電池、美國等諸多研究機(jī)構(gòu)另辟思路尋找固態(tài)電池、鋅電池路徑……技術(shù)的進(jìn)步永無止境，不能以片刻的得失論成敗。無論哪種電池都將由于其不同特性，尋找到其適合的應(yīng)用領(lǐng)域。
為此高工鋰電梳理了今年以來國外前沿電池技術(shù)進(jìn)展情況，所謂他山之石可以攻玉，希望能夠?qū)鴥?nèi)的電池發(fā)展有所裨益。
1、StoreDot公司設(shè)計(jì)5分鐘提供300英里續(xù)航能力電池
BBC報(bào)道稱，以色列StoreDot公司CEO表示，公司2015年展示的5分鐘充滿手機(jī)電池的技術(shù)已做好商用準(zhǔn)備，并將于2018年正式推向市場，目前已經(jīng)有手機(jī)廠商接納并采用。需要注意的是該項(xiàng)快充技術(shù)還飽有爭議，充電速度過快對電池性能可能造成影響。
實(shí)際上，StoreDot公司方面稱，公司還設(shè)計(jì)了一款電動(dòng)汽車電池，在自家快充技術(shù)加持下，可以做到5分鐘內(nèi)能為電動(dòng)汽車提供300英里的續(xù)航能力。
2、德國工研院研發(fā)充電一次續(xù)航1000公里新電池
德國工研院移動(dòng)能源存儲(chǔ)系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理沃爾特與一個(gè)團(tuán)隊(duì)攜手合作，正在研究一種新電池，稱可以讓電動(dòng)汽車充電一次續(xù)航620英里（1000公里）。
為了達(dá)到這一目標(biāo)，研究人員通過剔除封裝單個(gè)電池外殼，用薄片式設(shè)計(jì)取代圓柱形設(shè)計(jì)。金屬片上涂有能源存儲(chǔ)材料，由粉末陶瓷和聚合物粘合劑制造而成。金屬片的一側(cè)是正級(jí)，另一側(cè)是負(fù)極。然后將雙極性電極一個(gè)一個(gè)堆疊，電極之間用薄薄的電解液分開，并在內(nèi)部配置防止電荷短路材料。*終，科學(xué)家將疊起來的薄片封裝為大約為10平方英尺（1平方米）的電池，并與汽車電力系統(tǒng)連接。
研究人員表示，該方法能夠在相同的空間內(nèi)安放更多電極，從而存儲(chǔ)更多的電能。該新型電池系統(tǒng)預(yù)計(jì)在2020年之前進(jìn)入實(shí)際測試階段。
3、世界首款硅負(fù)極電池完成認(rèn)證
擁有先進(jìn)鋰離子電池技術(shù)的開發(fā)商Enevate公司，宣布已開發(fā)出世界上**款硅主導(dǎo)的鋰離子電池，應(yīng)用于智能手機(jī)和其他消費(fèi)類，并且已經(jīng)通過了全球**和質(zhì)量認(rèn)證(包括UN 38.3，UL 1642，UL 2054，CTIA / IEEE 1725，IEC 62133和IEC 61950)。
該技術(shù)，與僅包含少量硅添加劑、以石墨為主材的陽極不同，它是以硅為主材的陽極作為專有的活性物質(zhì)薄膜，硅含量高達(dá)70%以上，提供了傳統(tǒng)鋰離子電池陽極能量密度的4倍以上。
高達(dá)4C速率的充電功能，意味著在15分鐘內(nèi)可充電至90%，而不會(huì)不會(huì)對能量密度造成影響。同時(shí)在智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中增加35%至50%的續(xù)航時(shí)間。
此外，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，該技術(shù)還提供了出色的低溫性能，同時(shí)避免了析鋰的問題，因此具有內(nèi)在**性優(yōu)勢(高于傳統(tǒng)鋰離子電池40%的防過充能力)。
4、美國致力研制高性能新型固態(tài)電池
美國國家航空航天局(NASA)透露，其正在與邁阿密大學(xué)合作，研制新型固態(tài)電池。該電池所占空間僅為現(xiàn)有電池的三分之一，可用在“立方體衛(wèi)星(CubeSats)”等微型衛(wèi)星上，同時(shí)還具備防撞、防潮、防燃等性能。研究團(tuán)隊(duì)希望該技術(shù)能成為一種**有效的儲(chǔ)能方法，并且在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。
5、特斯拉實(shí)現(xiàn)電池衰減控制在5%以內(nèi)
特斯拉**電池科學(xué)家Kurt Kelty和技術(shù)研發(fā)伙伴加拿大Dalhousie大學(xué)的Jeff Dahn在*新的技術(shù)演講中表示，研究小組已經(jīng)在電池性能領(lǐng)域取得重大突破，能夠讓車輛在行駛48萬公里后，電池的衰減控制在5%以內(nèi)。
Jeff Dahn介紹稱，提高NMC三元鋰電池中的某種化學(xué)成分，可以限制高壓下電池運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的有害氣體，經(jīng)過改進(jìn)后的電池單體能夠在超過1200次循環(huán)后依然有著優(yōu)良的性能表現(xiàn)。這意味著以每年行駛2萬公里計(jì)算，車主在連續(xù)駕駛24年后電池容量仍然可以達(dá)到出廠容量的95%。
目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在特斯拉即將推出的新車當(dāng)中使用，預(yù)計(jì)會(huì)是定于今年7月推出的Model 3轎車。
6、美國**與恩吉克電池公司聯(lián)合開發(fā)新一代「3D鋅正極電池」
美國**與恩吉克電池公司聯(lián)合開發(fā)新一代「3D鋅正極電池」，以用于所有電能產(chǎn)品供電，包括電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車、飛機(jī)、船只等。美國**表示將在車輛上應(yīng)用測試該種電池，美國能源部**研究計(jì)劃署希望這種電池技術(shù)可以成為未來儲(chǔ)能設(shè)備。
有別于傳統(tǒng)的鋅電極制備方法，研究方不是直接將鋅的粉末壓成片，而是通過乳液方法將其制成多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)。隨后他們構(gòu)建了以這種新型結(jié)構(gòu)為陽極，堿式氧化鎳為陰極的電池。
測試表明，這種電池在使用過程中，鋅的氧化和還原過程都更為均勻，因此電池歷經(jīng)多次充放電循環(huán)仍可保持較好的性能。研究人員希望這種新型電池有朝一日能夠取代鋰離子電池，從而讓電子產(chǎn)品更加**。
7、石墨烯技術(shù)搭載于Fisker公司電動(dòng)汽車
Fisker 公司發(fā)布了Emotion電動(dòng)汽車的*新預(yù)告圖。Fisker方面稱稱新車使用石墨烯電池技術(shù)，能夠延長續(xù)航里程、電池壽命，同時(shí)加快充電時(shí)間，續(xù)航里程可達(dá)400英里(644公里)，將于8月17日亮相。
8、NRL開發(fā)可充電鋅電池成本比鋰電池系統(tǒng)少30%-50%
美國**研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）化學(xué)部的研究人員近日開發(fā)出了一種更**的鋰離子電池替代品——可充電鋅電池。據(jù)稱，鋰離子電池因其易燃特性，在**艦艇和其他**平臺(tái)上已被禁用。
加州圣安塞爾莫的電池技術(shù)公司EnZinc的CEO米切爾˙布魯斯表示，該公司科研人員正在測試和推廣這項(xiàng)技術(shù)，預(yù)期能夠比鋰電池系統(tǒng)便宜30%-50%。
長期以來，限制鋅電池充電的主要原因?yàn)閮H僅幾輪充電后，鋅電池內(nèi)部的兩電極之間會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電細(xì)絲，*終發(fā)生兩極短路。對此科研團(tuán)隊(duì)找到了一種抑制電池內(nèi)部導(dǎo)電細(xì)絲產(chǎn)生的方法：將鋅陽極做成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)。充放電期間，電流在鋅陽極上的分布更均勻，因此導(dǎo)電細(xì)絲難以產(chǎn)生。
實(shí)驗(yàn)表明，陰極由鎳制成的鋅電池可以承受5萬次充放電，壽命與混合動(dòng)力車的鉛酸電池相仿，但鋅電池的單位體積儲(chǔ)能和單位質(zhì)量儲(chǔ)能都高于鉛酸電池。
美國**實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化辦公室的斯蒂文˙馬庫斯（Steven Marquis）表示，EnZinc公司已經(jīng)獲得了鋅-鎳電池在輪式電動(dòng)汽車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化授權(quán)。其他應(yīng)用領(lǐng)域和其他陰極材料的授權(quán)仍在開放中，**實(shí)驗(yàn)室的研究人員仍然在探索其他的陰極材料。
9、NEC公司研發(fā)石墨烯海綿添加劑提升鋰電池性能
日本NEC公司的研究員錢成開發(fā)了一種多孔石墨烯海綿添加劑，也稱為Magic G，可用于鋰離子電池的陽極和陰極，以提高其速率和功率性能。
Magic G通過一系列方法生產(chǎn)，*初研究人員通過改進(jìn)的悍馬法氧化石墨，以生產(chǎn)氧化石墨。此后進(jìn)一步進(jìn)行熱沖擊和空氣氧化處理，其形成了預(yù)制Magic G（前MG）的材料。然后在1000℃下熱處理前體來實(shí)現(xiàn)魔術(shù)G。
前兆和*終的Magic G產(chǎn)品均通過許多市售機(jī)器和方法進(jìn)行了表征，包括場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）（日立SU8000），透射電子顯微鏡（TEM）（Hitachi H-90000UHR），原子力學(xué)顯微鏡（AFM）（Bruker Nano Scope V Dimension Icon），傅里葉變換紅外（FT-IR）（Varian 7000FT-IR），拉曼光譜（NRS-7000），氣體吸附（BELSORP18PLUSUS-HT）和溫度程序解吸質(zhì)量光譜法（TPD-MS）（Shimadzu GC / MS-QP2010 Plus）。
與其他非魔術(shù)G鋰離子電池相比，向陽極添加0.5％（重量）添加量可使充電容量保持率在6次循環(huán)時(shí)從56％提高到77％，10次循環(huán)時(shí)的充電容量保持率從7％提高到45％。在陰極中，加入相同量的Magic G，并且在6次循環(huán)中，放電容量率從43％增加到76％，并且在10個(gè)循環(huán)中從16％增加到40％。
除了更顯著的改進(jìn)之外，添加Magic G的電極電子傳導(dǎo)性也增加了，電解質(zhì)的吸附，并降低了活性材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻。
10、寶馬全固態(tài)鋰離子電池計(jì)劃于2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)
寶馬正在研發(fā)一款更為先進(jìn)的鋰離子電池，這款電池將用固態(tài)電解質(zhì)代替現(xiàn)有的電解液，更輕、更**、密度更高，計(jì)劃于2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
作為一種優(yōu)缺點(diǎn)分明的新型鋰離子電池，全固態(tài)鋰離子電池高**性、高能量密度、可以承受更高的電壓等是當(dāng)前鋰電池業(yè)界追求的目標(biāo)，但也存在制造技術(shù)復(fù)雜，成本較高等明顯缺點(diǎn)。
11、伊頓將推出1500VA鋰電池UPS
國際知名UPS廠商伊頓宣布，公司將推出1500VA鋰電池UPS系列產(chǎn)品，全新伊頓1500VA鋰電池UPS的電池壽命將是標(biāo)準(zhǔn)UPS的兩倍，在產(chǎn)品的整個(gè)使用壽命周期內(nèi)，有遠(yuǎn)程辦公或分公司需求的客戶可以極大地節(jié)省因更換電池所產(chǎn)生的大筆費(fèi)用。目前該產(chǎn)品已經(jīng)取得所需的全部認(rèn)證，計(jì)劃于今年第三季度開始發(fā)貨。
鋰電池在超大型云環(huán)境中的一個(gè)優(yōu)勢是：高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，不會(huì)像鉛酸電池那樣對高溫加熱環(huán)境敏感。早在三年前，伊頓便開始研發(fā)1500VA鋰電池UPS系列，并著力于獲得相關(guān)認(rèn)證和專業(yè)知識(shí)以解決鋰電池的風(fēng)險(xiǎn)性問題。目前，伊頓已經(jīng)取得了處理這些電池所需的全部認(rèn)證。
12、美國研發(fā)新型冷凍方法延長鋰電池壽命
美國研究人員開發(fā)了一種新型冷凍方法，可以延長鋰電池的壽命，提高**性，電池還能夠彎曲。此項(xiàng)技術(shù)有可能應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦，使它們變得更加靈活。
哥倫比亞大學(xué)傅氏基金工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員用固體電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)，使用冰模板來制造陶瓷固體電解質(zhì)的垂直對齊的柱結(jié)構(gòu)。陶瓷固體電解質(zhì)擁有更高的**性和導(dǎo)電性。
研究人員表示，這是**采用冰模板法將不易燃無毒的柔性固體電解質(zhì)用于鋰電池中。未來采用該電池的智能手機(jī)或平板電腦可以做到彎曲。
13、美國馬里蘭大學(xué)改造木頭結(jié)構(gòu)制作鋰電池負(fù)極
美國馬里蘭大學(xué)稱，該校工程師通過改造木頭結(jié)構(gòu)，用來制作成鋰電池的負(fù)極結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)電池的**和使用性能。
馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家提出，放棄使用金屬塊儲(chǔ)存鋰離子的傳統(tǒng)做法，轉(zhuǎn)而使用木材中運(yùn)輸水與養(yǎng)分的天然管道來容納鋰離子。由于結(jié)構(gòu)固定，無論離子數(shù)量如何變化，木材都不會(huì)坍塌或受到損壞。
為了在充電時(shí)，保證高電流密度不會(huì)使鋰離子堵塞在“居所”門外，科學(xué)家增加了木材內(nèi)部的通道入口。這種改造使得每個(gè)入口的離子數(shù)量都不多，局部電流密度很小，電池不會(huì)產(chǎn)**熱發(fā)燙現(xiàn)象，也就避免了爆炸。此外，由于木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更大，同樣體積條件下，能夠比金屬塊容納更多電量。
14、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開發(fā)出全固態(tài)鋰二次電池
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所先進(jìn)鍍膜技術(shù)研究中心對外宣稱，其研究人員在材料中采用氧化物單結(jié)晶，開發(fā)出電池內(nèi)部不易產(chǎn)生短路的全固態(tài)鋰二次電池。
以往的產(chǎn)品每1平方厘米通過0.6毫米—0.8毫安的電流就會(huì)出現(xiàn)短路，新產(chǎn)品則在每1平方厘米通過10毫安的電流也不會(huì)產(chǎn)生短路，未來有望用作醫(yī)療機(jī)械電池等。
據(jù)稱，研究小組將氧化物固體電解質(zhì)材料“石榴石型氧化物”合成為具有過去10倍左右的鋰離子導(dǎo)電率的單結(jié)晶，阻止了引起短路現(xiàn)象“樹枝狀結(jié)晶”的發(fā)生，并將微粒子和氣體混合噴射到基板，接合電極與電解質(zhì)。
