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目前,电池领域的创新已经进入了一种挤牙膏的状态,以硅复合材料锂离子电池举例,一般700Wh/L,300Wh/kg便已经到顶了,正如SolidEnergy创始人胡启朝所说,“之前比较大的公司每年可以有5%、7%的进步,但现在已经越来越慢,达到了瓶颈。像三星这样急于冒进,就有可能出安全问题。”然而,电池不仅仅只是电池,它更是电子行业的一个基础,电池瓶颈,已然成了整个电子行业的瓶颈。

如何解决这个问题?显然,已经不能再用以前的锂离子材料,而应该换用新的材料了。于是,胡启朝将眼光投向了锂金属电池上。胡启朝表示,“元素周期表里最轻的金属,用锂金属做电池,可以将电池做到很轻很小且能量密度更大。”据介绍,传统上每克石墨负极仅能存380mAh的锂,每克硅与石墨混合负极能够存700mAh左右的锂,而每克锂金属负极则能存3800mAh的锂,因此,锂金属是锂离子电池最理想的负极材料。

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锂金属电池的回归

而实际上,人们很早就意识到了这一点,对于锂金属电池的研究更是最早可以追溯到1980年。然而,锂是一种高度活跃的金属,它使用时不太安全,经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况。除此之外,电解液与锂金属的反应还形成不稳定的固体电解质界面层,消耗了电解液与锂,导致很低的效率。同时,为达到可接受的循环寿命(>200),就需要更厚的锂金属负极,会降低能量密度。为此,1991年,索尼做出了替代锂金属电池的第一代商用锂离子电池,其以石墨为负极材料,锂在锂离子系统中以离子形式存在,而不是金属形式。2007年,又做出了以硅石墨复合材料为负极的锂离子电池,替代了第一代锂离子电池。

不过,胡启朝告诉动点科技,在人们将注意力转移到锂离子电池的同时,研究人员也并没有放弃对锂金属电池的研究,“2011年,人们利用固态电解质代替液态电解质从而解决了锂金属电池的安全性问题。”胡启朝如此表示。据了解,固态电解质包括聚合物电解质和陶瓷电解质,非易燃性以及非挥发性使其相比有机碳酸酯液体电解质更加安全。

“然而,固态电池解决了锂电池的安全性问题,但也造成了新问题,或者不能在室温下使用(需要在80、90摄氏度以上才能使用),或者就是对生产工艺要求过高,或者只能做微小电池。”“而我们所做的则是首先解决安全性问题,并使用一种新的盐解决室温下的正常使用问题。”胡启朝表示。

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SolidEnergy公司的锂电池使用了薄到可以忽略不计超薄锂金属负极,固体聚合物和离子液体结合的电解液(胡启朝表示在生产质量保证的前提下,即使用明火点也点不着,即使是用很薄的隔膜,电池短路了也不会炸),使得电池能量密度达到了450Wh/kg和1200Wh/L(而第二代硅复合材料锂离子电池一般仅为700Wh/L、300Wh/kg), 能量密度比普通电池高近一倍,平均成本(钱除以能量密度)是普通电池的80%,循环使用寿命更是可达300次。

而且值得一提的是,并不像市面上的概念电池,SolidEnergy的新型电池已经在美国自己的工厂里实现小规模量产了,“我们2015年1月份便已经将样品寄给电池生产厂家进行检测,到2016年9月,我们已经可以做到每月5000片电池的产量了。”胡启朝告诉动点科技,同时他们还会将新的电池生产技术授权给日韩等老牌电池企业,从而确保自己的轻资产经营优势,利用已建立的生态系统,避免了重资产危机。

携新型锂金属电池,助高空无人机翱翔天空

关于SolidEnergy新型锂金属电池的用途,胡启朝主要看好3个方向:

  • 高空无人机,这是胡启朝个人最感兴趣的方向,“利用高空无人及让偏远地区的人能够上网,能够接触到知识,这是一个非常有意义的事情。”
  • 但是从公司效益方面看,近期更看好大众玩具无人机和手机电池领域。
  • 2020年以后会进军电动汽车,2018年前完全达到手机以及电动车要求。

其中,胡启朝最为看好高空无人机,并认为“这是一个没有我们就不行的领域”。据了解,目前一些社交网络和军用飞机制造等公司都在进行高空无人机研究,该高空无人机将飞到2-3万米之间的高空,依靠电池和太阳能运转,并为偏远地区提供Wi-Fi服务。然而,想要让无人机飞到2万米高空可不是一件容易的事。

据了解,现在能够飞上2万米以上的飞机只有美国的U2侦查机。这里的原因主要在于高空空气稀薄,传统燃油飞机很难提供足够大的升力。“如果使用电池,2万米以上需要解决重量和动力的比例,需要400Wh/kg以上的电池。”胡启朝如此解释为什么只有SolidEnergy能够帮助无人机飞上2万米高空,就像前面所说,传统电池容量只有300Wh/kg。

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今年,SolidEnergy开始和一家民用、两家军用高空无人机企业合作,预计到明年7月,会有一架真正的高空无人机,使用SolidEnergy的电池飞到高空2万米以上,并将进行接近6个月的连续作业。

据介绍,SolidEnergy目前一年能做5到10架高空无人机,并计划2018年前达到一年100到200架的产能。

下一步,解决快充问题

当然,SolidEnergy电池虽然有着能量密度高的优点,但也并非完美。胡启朝就表示其目前并不是为快充设计的,一般一次充电需要八个小时才能能够充满。为此,胡启朝也表示他们在未来逐步改善这些性能。

值得一提的是,SolidEnergy电池的高安全性其实是在生产质量有保证的情况下实现的,“电池本质上就是一颗炸弹,能量密度越大,发生爆炸之后的威力也就越大,如果生产出问题了,任何电池都是会爆炸的。”胡启朝如此表示。而这,也是SolidEnergy将技术授权给老牌大厂的原因。另外,SolidEnergy也在通过ISO、EN、UN和UL等认证。

最后,关于电池行业未来的发展方向,胡启朝认为锂金属电池绝对是最好的方向之一,“利用金属锂做负极材料已经是几乎最完美的了,未来,可以通过使用更好的正极材料达到提升电池性能的目的。”另外,胡启朝也比较看好燃料电池方向,但需要解决诸如如何充氢气等问题。

此外,胡启朝也表示电池能量密度永远不可能超过传统燃油,“发射火箭可能永远也不可能用电池。”

目前,SolidEnergy一共具有23名员工,2013年9月,SolidEnergy获得了新加坡淡马锡旗下的祥峰投资和上海乾洋共计450万美金的A轮投资,2015年7月又获得上汽集团、通用汽车和美国应用材料公司1200万美金的B轮战略投资。