DQZHAN技術訊：*值得期待的14款國外電池前沿技術
編者按：目前的動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，尋求新技術以實現(xiàn)鋰電池質(zhì)變已是迫在眉睫?？梢灶A見的是，誰將鋰電池質(zhì)變技術應用于工業(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。而事實上，盡管近年來電動汽車飛速發(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——動力電池不夠強大。
目前的動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，尋求新技術以實現(xiàn)鋰電池質(zhì)變已是迫在眉睫。可以預見的是，誰將鋰電池質(zhì)變技術應用于工業(yè)化生產(chǎn)，誰就能飲得新能源汽車市場的頭啖湯。
在新技術的革新上，國內(nèi)外企業(yè)一直在進行持續(xù)的投入：東旭光電等主推石墨烯電池、銀隆和微宏動力推崇鈦酸鋰電池、美國等諸多研究機構另辟思路尋找固態(tài)電池、鋅電池路徑……技術的進步永無止境，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，尋找到其適合的應用領域。
為此高工鋰電梳理了今年以來國外前沿電池技術進展情況，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公司設計5分鐘提供300英里續(xù)航能力電池
BBC報道稱，以色列StoreDot公司CEO表示，公司2015年展示的5分鐘充滿手機電池的技術已做好商用準備，并將于2018年正式推向市場，目前已經(jīng)有手機廠商接納并采用。需要注意的是該項快充技術還飽有爭議，充電速度過快對電池性能可能造成影響。
實際上，StoreDot公司方面稱，公司還設計了一款電動汽車電池，在自家快充技術加持下，可以做到5分鐘內(nèi)能為電動汽車提供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
德國工研院移動能源存儲系統(tǒng)項目經(jīng)理沃爾特與一個團隊攜手合作，正在研究一種新電池，稱可以讓電動汽車充電一次續(xù)航620英里（1000公里）。
為了達到這一目標，研究人員通過剔除封裝單個電池外殼，用薄片式設計取代圓柱形設計。金屬片上涂有能源存儲材料，由粉末陶瓷和聚合物粘合劑制造而成。金屬片的一側是正級，另一側是負極。然后將雙極性電極一個一個堆疊，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，從而存儲更多的電能。該新型電池系統(tǒng)預計在2020年之前進入實際測試階段。
3、世界首款硅負極電池完成認證
擁有先進鋰離子電池技術的開發(fā)商Enevate公司，宣布已開發(fā)出世界上**款硅主導的鋰離子電池，應用于智能手機和其他消費類，并且已經(jīng)通過了全球**和質(zhì)量認證(包括UN 38.3，UL 1642，UL 2054，CTIA / IEEE 1725，IEC 62133和IEC 61950)。
該技術，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%，而不會不會對能量密度造成影響。同時在智能手機等移動設備中增加35%至50%的續(xù)航時間。
此外，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，該技術還提供了出色的低溫性能，同時避免了析鋰的問題，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，同時還具備防撞、防潮、防燃等性能。研究團隊希望該技術能成為一種**有效的儲能方法，并且在多個領域?qū)崿F(xiàn)應用。
5、特斯拉實現(xiàn)電池衰減控制在5%以內(nèi)
特斯拉**電池科學家Kurt Kelty和技術研發(fā)伙伴加拿大Dalhousie大學的Jeff Dahn在*新的技術演講中表示，研究小組已經(jīng)在電池性能領域取得重大突破，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成分，可以限制高壓下電池運行時產(chǎn)生的有害氣體，經(jīng)過改進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2萬公里計算，車主在連續(xù)駕駛24年后電池容量仍然可以達到出廠容量的95%。
目前，這項技術已經(jīng)在特斯拉即將推出的新車當中使用，預計會是定于今年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，包括電動汽車、混合動力車、飛機、船只等。美國**表示將在車輛上應用測試該種電池，美國能源部**研究計劃署希望這種電池技術可以成為未來儲能設備。
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構。隨后他們構建了以這種新型結構為陽極，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、石墨烯技術搭載于Fisker公司電動汽車
Fisker 公司發(fā)布了Emotion電動汽車的*新預告圖。Fisker方面稱稱新車使用石墨烯電池技術，能夠延長續(xù)航里程、電池壽命，同時加快充電時間，續(xù)航里程可達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**研究實驗室（NRL）化學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**平臺上已被禁用。
加州圣安塞爾莫的電池技術公司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技術，預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為僅僅幾輪充電后，鋅電池內(nèi)部的兩電極之間會產(chǎn)生導電細絲，*終發(fā)生兩極短路。對此科研團隊找到了一種抑制電池內(nèi)部導電細絲產(chǎn)生的方法：將鋅陽極做成多孔海綿狀結構。充放電期間，電流在鋅陽極上的分布更均勻，因此導電細絲難以產(chǎn)生。
實驗表明，陰極由鎳制成的鋅電池可以承受5萬次充放電，壽命與混合動力車的鉛酸電池相仿，但鋅電池的單位體積儲能和單位質(zhì)量儲能都高于鉛酸電池。
美國**實驗室成果轉(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-鎳電池在輪式電動汽車領域的產(chǎn)業(yè)化授權。其他應用領域和其他陰極材料的授權仍在開放中，**實驗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的悍馬法氧化石墨，以生產(chǎn)氧化石墨。此后進一步進行熱沖擊和空氣氧化處理，其形成了預制Magic G（前MG）的材料。然后在1000℃下熱處理前體來實現(xiàn)魔術G。
前兆和*終的Magic G產(chǎn)品均通過許多市售機器和方法進行了表征，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)時從56％提高到77％，10次循環(huán)時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個循環(huán)中從16％增加到40％。
除了更顯著的改進之外，添加Magic G的電極電子傳導性也增加了，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)鋰離子電池計劃于2026年實現(xiàn)量產(chǎn)
寶馬正在研發(fā)一款更為先進的鋰離子電池，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，計劃于2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。
作為一種優(yōu)缺點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前鋰電池業(yè)界追求的目標，但也存在制造技術復雜，成本較高等明顯缺點。
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的電池壽命將是標準UPS的兩倍，在產(chǎn)品的整個使用壽命周期內(nèi)，有遠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)生的大筆費用。目前該產(chǎn)品已經(jīng)取得所需的全部認證，計劃于今年第三季度開始發(fā)貨。
鋰電池在超大型云環(huán)境中的一個優(yōu)勢是：高低溫適應性強，不會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，并著力于獲得相關認證和專業(yè)知識以解決鋰電池的風險性問題。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。此項技術有可能應用于智能手機和平板電腦，使它們變得更加靈活。
哥倫比亞大學傅氏基金工程和應用科學學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)的垂直對齊的柱結構。陶瓷固體電解質(zhì)擁有更高的**性和導電性。
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或平板電腦可以做到彎曲。
13、美國馬里蘭大學改造木頭結構制作鋰電池負極
美國馬里蘭大學稱，該校工程師通過改造木頭結構，用來制作成鋰電池的負極結構，以增強電池的**和使用性能。
馬里蘭大學的科學家提出，放棄使用金屬塊儲存鋰離子的傳統(tǒng)做法，轉(zhuǎn)而使用木材中運輸水與養(yǎng)分的天然管道來容納鋰離子。由于結構固定，無論離子數(shù)量如何變化，木材都不會坍塌或受到損壞。
為了在充電時，保證高電流密度不會使鋰離子堵塞在“居所”門外，科學家增加了木材內(nèi)部的通道入口。這種改造使得每個入口的離子數(shù)量都不多，局部電流密度很小，電池不會產(chǎn)**熱發(fā)燙現(xiàn)象，也就避免了爆炸。此外，由于木材的內(nèi)部結構更大，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)技術綜合研究所先進鍍膜技術研究中心對外宣稱，其研究人員在材料中采用氧化物單結晶，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毫安的電流也不會產(chǎn)生短路，未來有望用作醫(yī)療機械電池等。
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倍左右的鋰離子導電率的單結晶，阻止了引起短路現(xiàn)象“樹枝狀結晶”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)。
