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美国创新蓄电黄百海:打破锂电池能量极限

来源: | 作者:admin | 分类:新闻 | 时间:2016-09-24 | 浏览:3998
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摘要:到2015 年全球锂离子电池总销量将会增长到4,110 万千瓦时,较2012 年增长27%;2020 年将比2012 年增长1 倍,而2025 年将翻3 倍。

美国创新蓄电黄百海:打破锂电池能量极限

美国创新蓄电公司(Enevate Corporation)CEO、美籍华人黄百海(Brian Wong)时常穿梭于美国加州和中国东南沿海各城市的电池制造产业群。虽已在职场打拼32 年,成功领导过两家创业公司,他仍然显得像现在所处的锂电池行业那样“能量充沛”——这已经是他第3 次加入创业公司。“我喜欢新鲜事物,喜欢做东西,喜欢把最新的技术变成产品带给消费者,并且改变人们的生活。”黄百海言语中的热情犹如他满头的黑卷发,让你无法分辨他真实的年龄。

作为一家专注锂电池创新的创业公司,创新蓄电的锂电池能量密度(energy density)比市场上现有锂电池产品高出30% 以上。能量密度是检验电池品质的核心指标之一,改善的目标是在重量越轻、体积越小的电池包中存储越来越多的能量。以我们熟悉的厂商比亚迪的锂电池为例,其目前按照重量和体积分别可达到的实际比能量为100-125 瓦时/公斤和240-300 瓦时/ 升,风头正劲的特斯拉电动汽车Model S 所使用的松下18650 钴酸锂电池的能量密度为170 瓦时/ 公斤,而创新蓄电的新型锂电池能量密度可以达到250-350 瓦时/ 公斤和600-800瓦时/ 升。

“伴随智能手机、消费电子、电动汽车等领域的快速发展,市场对电池能量密度的需求提升大约在年均15% 左右,但实际上过去几年锂电池能量密度的年平均改善率仅为3%-5%,按照目前的发展速度估算,我们的高能锂电池一上市就可以至少领先市场8 年。”黄百海信心满满地说。目前创新蓄电已经为手机和平板电脑厂商提供小批量供货,预计今年将实现大规模批量生产。“我们的颠覆性技术不仅让我们可以跨越式提升电池能量密度,而且可以把电池做得很薄,这正是市场的普遍需求。”黄百海补充道。

创新蓄电公司的技术缘自加州大学实验室。2005 年,在加州大学研究碳纳米MEMS 芯片的科学家Benjamin Park 博士发现他所研究的技术在电池、储能领域的广阔应用前景,并成立碳微电池公司(Carbon Micro Battery,创新蓄电公司的前身)。在一些种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,碳微电池公司得到德丰杰(Draper Fisher Jurvetson)和使命投资(Mission Ventures)共计约500 万美元的首轮风险投资,这笔资金足够这个当时以科学家为主力的创始团队招兵买马,并从加州大学完全独立出来开发可以走向商业应用的产品。

锂离子电池是到20 世纪90 年代初才正式实用化的新兴二次充电电池。相比于传统的铅酸电池、镍氢电池等,锂离子电池的优势特点显著,包括单体电池工作电压高、比能量大、无记忆效应、环境友好等。无论是智能手机中更快的芯片、更大的屏幕,还是电动汽车更强劲的马力、更长的续航里程,所依托的瓶颈突破都指向“能量”。正因为如此,锂离子电池在最近10 多年的发展中异军突起,受到市场和投资者的追捧。

提升锂离子电池能量密度的主要方法有两种 :一是通过电池设计来提高。削减对产生电力没有贡献的部材,比如减薄正负极的集电体及隔膜、减少粘结剂及导电辅助材料等。但这种做法存在极限 ;二是增大电极活性物质(正负极)的单位重量或者单位体积的容量。锂离子电池的化学原理是充电时,锂离子从正极材料的晶格中脱出,经过电解质后插入到负极材料的晶格中,使得负极富锂,正极贫锂;放电时逆向相反。对正负极材料的开发研究长期以来一直都在进行,比如正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等,但这些材料不少已经接近理论极限的容量使用,突破性新材料的引入很可能要做“牵一发而动全身”的改变。相比之下,在负极材料的改进方面的空间仍然广阔。

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