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全球首款“能量密度最高”的电池发布了
据称，美国加利福尼亚的Ampirus公司已经发运了第一批据称是目前市场上能量密度最高的锂电池。按重量计算，这些硅阳极电池的能量比特斯拉的Model 3电池高出73%，而体积却减少了37%。 上图：Amprius已经向其第一个客户交付了约450wh /kg的电池，这是目前可用的密度最高的电池。 根据Enpower提供的数据，特斯拉目前的Model 3电池可作为最先进的对比，容量约为260 Wh/kg和730 Wh/l。而新的Ampirus电池在能量比和能量密度上都是一个重大的进步，电池容量为450 Wh/kg和1150 Wh/l，该公司表示，刚刚交付给“新一代高空伪卫星的行业领袖”的电池数量未披露，这使其拥有“当今电池行业可用的最高能量密度电池”的吹嘘权利。 Ampirus表示，这种电池令人印象深刻的性能，是源于其硅纳米线阳极技术。当你给锂离子电池充电时，你可以有效地从每个锂原子的阴极上拉出一个电子，并通过外部线路将它们移动到阳极上，因为电子不能通过阳极和阴极之间的电解液或隔膜。它们的负电荷拉着带正电荷的锂离子穿过电解质和隔膜，在那里它们各自找到一个电子，并嵌入到阳极的典型石墨晶格中。 上图：硅纳米线电极比典型的石墨晶格电极可以储存更多的锂，Amprius公司表示，硅纳米线电极的使用寿命足以与当前的技术相媲美。 而现在，Ampirus公司用硅纳米线取代了石墨晶格。硅可以储存比石墨多10倍的锂，但它容易膨胀和破裂，大大降低电池寿命。Ampirus说，当你将硅形成多孔纳米线，排列成一片由较长的导线和较短的导线组成的森林时，硅能够耐膨胀和抗开裂，从而延长了电池的寿命，使硅阳极成为一项具有竞争力的技术。 该公司表示，硅纳米线正好根植于阳极的衬底中，因此电导率（和功率）很高。它说电池的循环寿命是“优秀的”和“不断提高的”，尽管它并没有给出任何数字，它还说，阳极是电池唯一变化的部分，其余的可以使用现有的制造方法和部件生产。 显然，世界已经准备好并等待下一代电池，它可以在更小的尺寸和重量中储存更多的能量 —— 从智能手机到电动汽车，一切都将受益于重量或空间的减少，电动垂直起降飞机等新兴技术也迫切需要电池来提高飞行距离和飞行能力。 上图：在重量和体积上，Amprius电池的能量密度明显优于目前的锂电池。 当然，能量密度和能量比只是电池需要竞争的两个指标。热性能、安全性、充放电率和循环寿命都将发挥重要作用，价格也将发挥重要作用。事实上，Ampirus的第一个客户是在先进的航空航天和卫星制造领域，这表明，在这一点上，这些电池在价格竞争上并不占优。 该公司将很快选择一个地点，并在该地点开始建造大规模生产设施，这将带来规模经济，可能使这项技术在电动汽车市场和其他地方具有相关性。 到该工厂启动并运行时，我们还应该能够为另一家先进电极制造商提供一些确切的性能指标：Nawa Technologies 表示，它已经开发出一种廉价制造垂直排列碳纳米管电极的方法，声称这些方法可以使当今的锂电池提高 300%。 我们等着瞧吧。 出处：头条号 @知新了了 read more
电池革命：固态电池量产还有多远？
电池的发展已经走过快两百年的历史，如今锂离子电池是最为出众的二次储能电池。高工作电压、快速充放电特性、长循环寿命、无记忆效应等众多优点，让它成为当今数码产品及电动汽车大规模应用的第一选择。 虽然锂离子电池的性能优秀，但发展也有其难以跨越的挑战与障碍：电池的结构特性局限了电池的性能。现有的电池结构是电池衰老和存在安全隐患的根本原因。 电池发电的原理是两个电极材料在电解液中相互交换离子，但是因为这个结构也会使得其反应界面一直存在，电池就处于一直在工作的状态，造成容易衰老的局面并且也有安全隐患。 举例来说，电动汽车在冬天趴窝就是因为电池在低温情境下，性能失效的缘故。材料科学家和电池工程师在电池材料上提出了许多办法。例如在电解液当中掺入大量有机溶剂，来降低电解液的凝固温度。然而这样却造成电解液更加易燃，牺牲了电池的安全性。 也有科学家尝试更换电极材料，但是电池的能量提升了，却无法抵抗热失控；快充的话，又会导致电池界面的火性太高，也无法保障其安全性。从优化电池管理的系统思路上解决，却带来了能量密度的下降与单位成本的增加。 想要让电池低温高活性与高温稳定性的需求矛盾无解，似乎电池也有鱼和熊掌不能兼得的障碍，能量密度、安全、快速充电等要素不能完美的全部集成在电池身上。如果这些问题得到解决，新能源汽车的规模发展将革新重塑汽车百年的行业。 因此动力电池的终极发展目标也向着安全、能量密度高、循环性能好、充电速度快等优点兼容前行。 固态电池作为新的锂电池终结者方向，正在成为新能源汽车干掉燃油车的杀手锏。 动力电池的价值进阶 新能源车什么时候可以取代燃油车，在动力电池领域市场公认一个答案是：现有电动车的电池系统能量密度翻一倍，从普遍的 160wh／kg 到 400wh／kg。而解决电池的能量密度问题，方案一定是动力电池的革新。 我们知道现在电动车市场主流的动力电池是三元锂电池与硫酸铁锂电池，如果按照电解质的物理状态分类的话，这两种电池都是典型的液态电池。如果想要消灭里程焦虑，革新新能源汽车市场，固态电池性能表征就是动力电池发展的目标。固态电池，也被称为未来锂电池的发展新方向。 动力电池领域流行的选择三元锂与硫酸铁锂并不是完美的选择。三元锂电池，能量密度高，但耐高温性能差，磷酸铁锂电池，安全性高，但能量密度上限低。液态锂离子电池总体存在电解液氧化、电极膨胀、高温失控等安全隐患，只能牺牲能量密度来换取稳定性。而固态电池可以兼容两者的短板：既可以满足能量密度的需求，也可以兼顾安全。 固态电池，因为采用固态物质作为电解质，没有持续的反应界面，副产物不会溶解在界面里，所以它会有更好的稳定性和循环特性。同时液态电解质面临的干涸和泄露问题也不会存在。这使得固态电池在安全性与寿命周期方面具有远超三元锂电池与磷酸铁锂的优势。 此外，固态电池还具有耐高温、无腐蚀、体积小、能量密度大的特性，规避了传统液态锂电池的主要弱点。据介绍，一辆固态汽车的续航里程可达 1000 公里，充电只需要 10 分钟，随着时间的推移，固态电池劣化也会较少。 全固态电池使用固体电解质相对来说更安全、性能更优，而传统的液态锂离子电池逐渐不能满足先进技术的标准：既能提升续航里程，也更加安全。因此全固态电池成为动力电池界的发展新热潮。 纷沓而至：占位市场先机 2020年11月，国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021～2035年）》明确要求，加快固态动力电池技术研发及产业化。据预测，到2030年，全球固态电池市场将超过60亿美元（约合人民币383亿元），中国市场的占比将超过50％。 固态电池在实验室中的良好性能指标意味着丰厚的商业价值，这也成为企业加速布局，抢占技术制高点的动力。国内外企业机构等对于动力电池的研发与量产日程都提上了议程。 丰田在动力电池的布局也是较早，丰田的车规级固态电池拥有超过1000项专利，位居全球前列，而且大多是含金量较高的发明专利。在CES2022上，丰田首席科学家兼丰田研究所所长吉尔·普拉特（GillPratt）重申，第一辆采用固态电池技术的丰田汽车将在2025年前后到来。 大众汽车集团零部件公司首席技术官Thomas Schmall在去年接受采访时表示，大众汽车对开发新一代固态电池寄予厚望，公司希望在2025年形成完整的固态电池销售模式，向市场供应固态电池，并计划到2030年在欧洲建立6家大型电池工厂，总年产能达到240GWh。 宝马集团发布规划，称计划在2030年前实现量产；LG能源也正在开发全固态电池，预计2026年实现量产。 国内固态电池发展的情形，也是如火如荼，技术路线则是全固体与半固体参半。电池界大佬宁德时代此前公开过两种与固态电池相关的专利，并在去年5月份宣称，已经可以做出固态电池的样品，但是距离实现商业化还有很远的路要走，预计到2030年才会面向市场推出。上汽集团在去年6月发布消息，称2025年将推出高安全性、高能量密度、面向商业应用的固态锂电池。 折中选择瞄准半固态研发的玩家则有卫蓝新能源、清陶发展、国轩高科、赣锋锂电等，虽然他们也有全固态电池的生产线，但已量产的全固态电池主要应用在消费电子、特种电源等领域。已下线的用在新能源汽车上的半固态电池，目前处在验证测试阶段。 蔚来此前宣传搭载固态电池，让业内沸腾。上市后，这款所谓的固态电池也呈现最终的真面容，并不是行业内期盼翘首等待的全固态电池，蔚来李斌玩了个商业化的包装术语，搭载ET7轿车的电池包其实是半固态电池。但噱头引起的关注与讨论，也让蔚来的新车出尽了风头，续航超过1000km的电池让人们看到了固态电池的潜力。 无论是车企定下的时间表，还是业界研究学者与专家给出的量产时间，都指向了2025与2030，不过目前来说并没有提前的迹象，以现在实际车企测试的结果，还有向2030年继续推迟下去的趋势。我们看到从走出实验室到规模落地还需要一段蛰伏发展的时间，规模量产的实际落地道阻且长。 规模量产的龟速爬行 相较于其他锂离子动力电池，固态电池的技术指标比较优越，但这些数据也是实验室里面的温室指标。在实际量产的过程中，仍然存在许多尚未攻克的瓶颈： 1.固态电池的技术指标仍需完善。固态电解质的离子导电率较低，充电比较慢，固/固界面接触性和稳定性差，电解质对空气敏感等问题。 2.制造工艺复杂，生产工艺不成熟。举例来说，制造固态电池的氧化物和硫化物电解质，属于多孔隙的陶瓷材料，这类材料的特点就是脆，想要加工成很薄的电解质很困难，稍有不慎就会断裂。 3.制造成本偏高。全固态电池的制备工艺复杂，且固体电解质较贵，现阶段全固态电解质锂动力电池的成本较高。 4.产业链尚不完整，难以大规模生产。现阶段的固态电池多是实验室中的温室产品，实际落地经过测试的电池屈指可数，以现有的工艺水平和设备能力，成品的良率也无法保障，更不用说大规模的量产上市。 这些现实瓶颈的解决并不是那么容易。深耕研发固态电池长达数年之久的Fisker，这家美国车企在去年年初表示放弃研发全固态电池，这个决定也意味着多年研究固态电池的努力都打水漂。锂电池独角兽企业麻省固能（SES）也放弃了全固态电池技术研发，选择固液混合的半固态电池路线。最后的攻坚阶段，这些固态电池中的老玩家选择放弃，也在一定程度上说明固态电池最后的研发冲刺阶段比已经完成的90%的里程都要艰难险阻。 总之，对于固态电池来说，无论是技术指标上的能量密度、循环寿命、安全、成本等要素，缺少哪一个，都是规模商业化路途的拦路虎。 无论企业是仍然坚持全固态电池路线，还是折中选择半固态路线，固态电池的技术路线都存在不确定性。行业内的主流观点认为，半固态电池或许能够在2025年左右实现大规模量产，但全固态电池完全实现商业化至少还要10年的时间。十年的时间线发展，固态电池最终到底是不是动力电池的终极路线，也没人能百分百确定。 工业产品从研发到验证与落地，没有个十年的时间打底是走不出来的。固态电池从材料到结构再到制造技术仍然处在探索的过程之中。作为新兴的动力电池选择，也需要时间来沉淀与酝酿。如此这般，才能为新能源汽车的里程长久续航，颠覆革新汽车的百年行业，也为绿色出行的生态建设添砖加瓦。 撰文：脑极体 出处：头条号 @钛媒体APP read more
中国科学家的“下一代电池”创新纪录
作为目前电池领域的“主力”，全固态锂离子电池正面临能量密度有限、伴随锂枝晶的安全隐患、锂元素原料供应紧缺等多重挑战。谁将是“下一代电池”的有力竞争者？全固态氟离子电池有望成为一股“新势力”。 近日，中国科学技术大学教授马骋团队设计出一种新型氟离子固态电解质——钙钛矿氟离子导体，首次实现室温下全固态氟离子电池的稳定长循环，在25℃下持续充放电4581小时后，容量没有发生显著衰减。相关研究成果日前发表于Small。 这一成果创造了全固态氟离子电池领域循环时间最长、容量保持率最高的世界纪录，让人们看到未来电池多元化发展的希望。 将“不可能”变“可能” “这一成果最重要的意义在于它是一种‘从0到1’的突破。”马骋介绍，由于缺乏合适的电解质，氟离子电池在很长一段时间内并不被业界看好，相关研究也极其稀少，而新型固态电解质的发现则将“不可能”变成了“可能”。 3年前，《科学》曾报道过一种可以传输氟离子的有机液态电解质，被誉为是氟离子电池“里程碑”式的工作。但由其组成的氟离子电池在室温下仅实现不到10个循环的稳定充放电，因此离实际应用还存在较大距离。 马骋介绍，构筑可传输氟离子的液态电解质极其困难，即便成功也存在安全隐患。如果能使用不可燃的无机固态电解质构筑全固态电池，毫无疑问将更有实用价值。 但是，这一技术路线颇具挑战——氟离子固态电解质的离子电导率大多偏低，只能在高温下工作；少数全固态氟离子电池虽然可在室温下充放电，但电化学窗口极窄，充放电不到10次容量就几乎衰减为0，没有实际应用价值。 在氟离子电池液态电解质存在“死结”的情况下，能否避开液态电解质直接探索固态电解质？ “离子越小、电荷越少，就越有可能在材料中快速迁移，从而成为合适的电池载流子。”马骋说，作为固态电解质的载流子，锂离子是除了氢阳离子外半径最小、电荷最少的阳离子，氟离子则是除了氢阴离子外半径最小、电荷最少的阴离子。 在找不到比锂离子更好的阳离子的情况下，氟离子作为与锂离子最接近的阴离子，是一个值得尝试的方向。 由于可借鉴的案例不多，马骋团队几乎是从“零”起步。他们历时两年研发的新型氟离子固态电解质——钙钛矿氟离子导体，采用了特别有利于阴离子传输的钙钛矿结构，在具备高离子电导率的同时，还拥有较宽的电化学窗口，突破了过去“高离子电导率”与“宽电化学窗口”不能兼得的重大技术瓶颈，且对于潮气的稳定性远超全固态锂电池常用的硫化物和氯化物固态电解质。 基于这一固态电解质的氟离子电池，性能远超《科学》报道的基于液态电解质的氟离子电池。业内人士认为，这一重要突破让人们看到全固态氟离子电池实用化的可能。 这个领域“有奔头” “这是一个存在很多挑战，但前景极为诱人的领域。”马骋说，研究中最能给自己带来乐趣的就是克服这些“看似不可能”的挑战。 与采用液态电解质的锂离子电池相比，全固态锂电池能量密度和安全性能均有很大提升。但与全固态氟离子电池相比，其能量密度、安全性能、原料供应的上升空间仍相当有限。 马骋透露，全固态氟离子电池理论能量密度最高可接近每升5000瓦时，约是目前商业化锂离子电池能量密度的8倍，也超过正在研发的锂空气电池。 就安全性能而言，全固态锂电池锂枝晶生长造成短路一直是难以克服的瓶颈。氟是电负性最强的元素，极难转变为相应的单质，不易形成锂枝晶，因此基于不可燃无机固态电解质的氟离子电池，安全性能无疑更好。 此外，氟元素地壳丰度约是锂元素的50倍，氟离子电池在原材料供应方面的压力远低于锂离子电池。马骋告诉《中国科学报》，我国萤石（主要成分氟化钙）资源在全球优势明显，氟离子电池可以充分利用这一优势。 “小荷才露尖尖角” “全固态氟离子电池‘小荷才露尖尖角’，如同一个初生的婴儿。”马骋坦言。 马骋分析，为氟离子电池构筑液态电解质极其困难，且容易起火，安全风险大。此外，固态电解质整体性能堪忧，研究力量也相当薄弱，“只有更多力量关注这个领域，才能突破相关瓶颈”。 全固态氟离子电池由固态电解质、正极材料、负极材料共同组成，只有三者同时具备优异的性能，这种电池才有可能投入实际应用。马骋表示，他们此次报道的新材料克服了固态电解质瓶颈，但目前仍然不存在性能令人满意的正负极材料。这也将成为课题组今后重点攻关的方向。 “全固态氟离子电池要想真正走进‘寻常百姓家’，不仅需要基础科学的突破，还需要综合考虑成本和可持续发展，因此仍然要经历漫长的过程。” 马骋说，“钙钛矿氟离子导体的发现为破解这些问题带来希望。一旦成功，全固态氟离子电池将以优异的安全性和极高的能量密度对新能源汽车、储能等重度依赖电池技术的领域带来颠覆性变革。” 相关论文信息：https://doi.org/10.1002/smll.202104508 作者：中国科技报 @桂运安 read more
充电12分钟续航1200公里！一家初创公司秘密研发的“铝电池”被曝光
如果要你给一个买电动汽车的理由，你觉得是什么？ 唔，可以上绿牌，不限行吧。 如果要你给一个不买电动汽车的理由，你觉得是什么？ 你勃然大怒，啥？才一个，我有三个！充电一小时，续航五十里，几年就贬值得一文不名了。 说来说去，都是电池惹的祸，但凡电池稍微争一点气，你的怒气可能就小多了。 这种电池可能已经来了，不过依然扑朔迷离。昨天不少媒体都在报道，一个叫Saturnose的亚洲初创公司，在秘密研发数年后，曝光了其第一款商用增强型铝离子电池Ea2I，而这种铝离子电池，比起现有电池具有异常明显的六大优势，全面吊打，简直就是你梦想中的电动车最佳能源。 高能量密度 Ea2I铝离子电池能量密度为1500Wh/L，折合600Wh/kg，而目前锂离子电池的能量密度为150~350Wh/kg，磷酸铁锂电池普遍在140Wh/kg左右，只有部分三元锂电池能超过200Wh/kg。这意味着这款铝离子电池的能量密度至少在现有电池的3倍以上，完全吊打现在的所有电池。 高续航能力 而高能量密度就意味着高续航能力，Saturnose表示，它的一组15kW（这个有问题，国内媒体报道的，等下说）铝离子固态电池重565kg，能为电动汽车提供1200公里的续航。这意味着续航能力和现有电动汽车相比，确实提高了3倍。 高稳定寿命 更让人心花怒放的是，这款电池支持20000次循环充放电，能够让汽车获得长达15年的稳定寿命，而目前最好的锂离子电池只有3000次的充电寿命（Saturnose网站的数据）。 高安全性能 最为关键的是，这款电池阴极采用高能、无序的岩盐结构，并使用铝和铌以及固态电解质，不使用镍和钴，不存在锂离子的枝晶和热失控火灾问题。“翻译”过来就是说，不会动不动就起火，永远不会出现让车主小命不保的燃爆。 极高性价比 最大的惊喜是，这款电池比锂离子电池便宜50%，这意味着电动汽车的成本可以大大地降低，具有很高的性价比。 超高的充电效率 然而也有个最大的疑问，这些报道里没有提供电池最关键的性能——充电时间，我上网查了一下，直接被惊呆了：铝离子电池的充电时间短得惊人！ 2015年BBC的报道称，美国斯坦福大学化学系教授戴宏杰团队研发出新型铝充电电池，可以在一分钟之内充满电，重复充电可达7500次。 而浙江大学高分子科学与工程学系研制的新型铝—石墨烯电池，在实验室里最快1.1秒就可以充满，并且250000次循环充放电后，仍可保持91%的性能，还能在零下40℃环境下工作。 后来我终于在Saturnose的网站上查到了它的充电时间，150KW的电池组充电时间少于12分钟，用于手机的，也少于25分钟。 是不是完全梦寐以求了？充电12分钟，续航1200公里，永不燃爆，无性命之忧，价格还便宜一半，几乎可终身使用，不会造成环境影响，酷热酷寒也不影响驾驶。 如果这样的电池真的量产，燃油车可能就会像胶片相机一样，几年内就被完全淘汰。毕竟12分钟，就是抽支烟的时间，而且续航差不多是燃油车的3倍，这意味着实际充电时间相当于只有4分钟。我仔细查看了铝离子电池的一些技术资料，感觉这些确实都是可以实现的，这或许意味着电动车的新时代即将来临。 不过还是有一些问题，上面提到国内媒体普遍报道其“一组15kW的铝离子固态电池重量为565kg”，实际应该是150KW电池组，这在Saturnose的网站上明确无误；另外就是没有报道这个公司是在哪里，新闻的六大要素缺了最重要的一个。我查了一下，Saturnose公司是由沙特资金支持的印度研究团队做的，注册地是在美国的特拉华州。 根据该公司的说法，这款电池将在明年发布上市，电池技术的革命性突破意味着整个行业的重新洗牌，电动汽车生产商将迎来一波最大的利好？奔驰宝马等传统燃油车已经瑟瑟发抖了？我想这可能并不一定，新的突破意味着新的机遇，就看谁能抓住。 而这种电池如果真的量产，还可能将另一种新能源汽车的研发彻底打入冷宫，那就是已岌岌可危的氢能源汽车。 出处：头条号 @徐德文科学频道 read more
可杜绝火灾隐患！日本开发的新型锂离子电池
据日本《朝日新闻》2021年11月23日报道，日本横滨国立大学和住友电气工业公司等研究团队成功利用水代替可燃性有机溶剂，开发出安全性更高的新型锂离子电池。虽然新型电池在储电性能上略逊于传统电池，但可以消除火灾隐患，还能实现快速充电。新型电池或在3年后投入实际使用。 报道称，手机和电动汽车等产品使用的锂离子电池都以可燃性有机溶剂作为内部电解液，容易引起火灾事故。基于这一现状，研究人员尝试以水作为电解液，并寻找新的电极材料以确保电池性能不会明显下降。实验结果显示，以钼的氧化物作为负极的电池具有实用性。除了安全性大增以外，新型电池还可实现快速充电，充放电2000次电池容量下降比例不到30%。 报道称，由于水在高电压下会发生电解，所以与使用有机溶液作为电解液的传统电池不同，新型电池仅能在低电压下使用。以体现电池性能的“质量能量密度”来看，新型电池约为传统电池的一半。如果要保持电池容量不变，新型电池就需要加大尺寸。 即便如此，由于其安全性和耐用性较高，未来可广泛应用于太阳能、风力发电蓄电池，以及短距离电动汽车等领域。 来源：参考消息网 read more
全球多个国家押注镁电池技术研发
如今各种锂电池已经成为日常生活里必不可少的设备，无论是手机、电脑、可穿戴设备还是新能源汽车，它的应用变得越来越广泛。但随之而来的是外界对锂电池资源的担忧，尤其是今年以来锂电池相关原材料价格出现飞涨，逼迫各国纷纷加快布局“后锂电池”时代。 锂电池资料图。图源：视觉中国 多国押注镁电池 《日本经济新闻》网站20日以《锂电池何时被超越？》为题报道称，英国剑桥大学、丹麦及以色列的知名工科大学以及德国、西班牙的研究机构组成的联合研究团队“E-Magic”在欧盟的资金支持下，正以2030年为目标，加快开发突破性的高容量、环保性更好的镁电池和锌电池。 报道称，锂电池最早在20世纪90年代开始由日本索尼公司实现商用化，它比之前的镍氢电池、铅酸电池能存储更多电能，如今已经在新能源汽车、个人电脑、智能手机等产品上得到普及，相关研究还在2019年获得诺贝尔化学奖。但锂电池的最大缺点就是成本高。报道举例称，如果将锂电池作为大规模储存太阳能或风能等可再生能源的储能电池，日本经济产业省的资料显示，想将其成本降到跟水力发电相当的每千瓦时2.3万日元的水平“是白日做梦”。 因此“后锂电池”时代的主要目标是压缩成本和提高耐用性。“E-Magic”瞄准了成本更低的镁电池。镁离子可以携带2个正电荷，而锂离子只能携带1个，因此理论上镁电池的能量密度可以比锂电池更大。目前实验室的镁电池已经能反复充放电超过500次。研究人员将致力于改进电解液及开发新的电极材料。同时丰田的北美研究所和美国休斯敦大学也在开发新型镁电池，它的电极正极材料采用有机化合物，电解质采用硼。虽然这种镁电池目前只能充放电200次，但研究团队称“已经找到了开发出高稳定性、高性能电池的方向”。 除了镁电池外，报道提到日本东北大学的小林弘明助教和本间格教授也在开发新型锌电池，他们用水溶液取代有机溶剂作为电解液，降低了火灾事故的风险，由于其成本低，未来有望用于储蓄可再生能源电力。 替代技术尚不成熟 真锂研究首席分析师墨柯21日接受《环球时报》记者采访时表示，就当前正在发展的锂电池替代技术而言，除了日本媒体提到的镁电池、锌电池，还有相对更成熟的钠电池。事实上，钠离子电池和锂离子电池均起源于上世纪70年代，它们的工作原理也高度相似。只是受制于没有合适的电极材料，钠电池一直到2000年之后才取得突破。当前技术最先进的钠电池是中国宁德时代今年7月发布的，具备全球最高的能量密度（160Wh/kg）和超快充特性（15分钟可充电80%）。预计宁德时代下一代钠电池能量密度可突破200Wh/kg；计划于2023年形成基本产业链。 墨柯认为，从目前的发展情况来看，无论是镁电池、锌电池还是钠电池，其成熟度距离大规模商业化应用还有相当差距，甚至只是处于实验室阶段，性能也有不少缺陷。他表示，外界对于这些锂电池替代技术如此热心，核心原因不在于它们的性能更好，而是资源更丰富、原材料价格更便宜。 正如《日本经济新闻》提到的，锂电池原材料——锂、镍、钴的产地分布极度不均。相关资料显示，近80%锂资源产量主要集中在美洲四湖以及澳洲六矿，中国需要的锂资源80%以上都要靠进口；镍资源多数集中在印尼、澳大利亚、巴西、俄罗斯、古巴和菲律宾等地区，这六国的镍储量占比全球储量近78%；全球已探明钴资源由约51%分布在刚果（金）。相比之下，钠、镁、锌的储量要高得多。例如锂在地壳中的储量为0.0065%，全球储量仅有8600万吨，而钠在地壳中的储量为2.74%，仅中国柴达木盆地的钠盐储量就达到3216亿吨。 但另一方面，镁电池和锌电池在技术和材料上仍有相当多障碍有待克服，目前还没有找到比较合适的电极材料，更谈不上大规模应用。墨柯预测，考虑到一项新技术从实验室研制到量产再到大规模应用的过程，这些替代技术可能需要等待二三十年才能发展成熟。他还表示，即便是相对成熟的钠电池，由于钠离子半径和体积相对较大，因此在能量密度提升上受到限制，可能更适合储能电池、二轮电动车等对能量密度要求不高的领域。宁德时代透露，已经开发出了钠电池和锂电池共用的体系，彼此可以“取长补短”。 锂电池还可以再“挖潜” 如果锂电池在短时间内还难以被取代，那么它的未来又如何呢？墨柯认为，今年以来锂电池相关原材料价格的飞涨存在人为炒作的成分，单就锂资源的储备量而言，虽然远不如钠镁锌，但在未来三五十年内是绝对够用的。 同时锂电池的潜力还远没有被挖掘干净。墨柯表示，锂电池理论能量密度最高可达到700Wh/kg，目前高镍811电池（即电池正极材料中镍占比80%、钴占比10%、锰占比10%）的能量密度能达到260-270Wh/kg，而日韩头部电池企业在2021年都推出镍含量在90%以上超高镍电池产品，再加上负极采用硅碳材料，有望将能量密度提高到400Wh/kg，相当于锂电池的储电能力提升了50%。此外，多国还在研究将锂电池的液态电解液替换为固体电解质，可以同时提高其能量密度和安全性。 撰文：环球时报 @马俊 @晨阳 read more
美国电池公司“Solid Power”的全固态电池明年量产
据英文媒体报道，固态电池研发公司Solid Power公布了自己研发的全固态电池技术在安全和性能两方面的数据，显示出电池优秀的比能量和高安全性。 其2Ah高容量硅电池在三种条件下的测试情况： 针刺：在室温下满电的电池被导电针刺穿，损坏的电池并没有出现任何危险状况，如自燃、泄气。在测试过程中，电池温度仅略有升高，最高为27℃。 电池过充：充满电的电池在室温下以一小时(1C)的充电速率连续充电至高于典型电压上限，电池在压缩和未压缩的情况下进行测试。充电达200%时，Solid Power的电池不会发生起火、泄气或材料损失等危险。电池受压时的最高温度为35℃，未受压时的最高温度为69℃。 外部短路：充满电的电池进行短路测试，在测试过程中没有产生起火、泄气或材料损失等危险。 Solid Power表示，其高含量硅电池能够达到350Wh/kg的堆栈级比能量，同时可实现750次循环，容量保持率为80%。在45℃和室温下均实现了1,000多次循环，容量保持率超过80%。Solid Power已记录了650次循环，在接近室温的条件下，每五个循环进行一次2C速率快速充电。 Solid Power的全固态电池采用了硫化物固体电解质，替代了一般锂离子电池中使用的电解液和凝胶电解质。具备不可燃的特性，降低电动汽车自燃的风险。相较于锂离子电池能量密度提升50%，使用的金属锂阳极是石墨阳极的10倍。 早前，宝马和福特领投Solid Power的B轮融资，并计划在2022年初采购部分电池进行测试。据Solid Power介绍，目前正在扩建在科罗拉多州的工厂，准备在2022年初开始试生产固态电池产品。 Solid Power公司拥有一支世界级的电池研究员和工程师团队，公司其核心技术在于高容量的复合材料阴极：复合阴极将阴极材料颗粒（正交晶型的二硫化亚铁FeS2)，固态电解质与少量可能增加导电性的添加剂结合。形成的复合阴极具有比目前最先进的以LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2为阴极，是采用石墨为阳极的电池容量的三倍。 近年来，Solid Power公司还获得了美国空军，美国国家科学基金会和美国导弹防御局的投资和资本支持。主要为政府与商业市场开发超高能、安全及使用寿命较长的固态电池，以应用于航天、电动车、以及医疗设备。 编译：头条号 @新威研选 read more
新型“锂碳电池”可让电动轻便摩托在90秒内充满电
据外媒报道，德国配件公司马勒(Mahle)跟电池制造商Allotrope Energy合作提出了一种新的电动汽车快速充电解决方案。这两家公司联合打造的新型锂碳电池借鉴了超级电容器的元素，其充电时间跟内燃机汽车的充电过程相当，同时还提供了一些其他的环境效益。 马勒动力总成公司的研究主管Mike Bassett博士说道：“里程焦虑经常被认为是电动汽车普及的主要障碍，但如果电池可以在为传统内燃机汽车充电的同时充电，那么大部分担忧就会消失。” 马勒曾于今年早些时候发布了一款不使用磁体的廉价电动汽车发动机，它通过跟Allotrope Energy的合作将这种想法转化为电动摩托车并指向城市中越来越多地使用汽油驱动的车型以应对按需经济。当时的想法是开发一种便宜、容量小的锂碳电池，这样就能使得电动汽车在最短的充电时间内保持行驶。 他们的解决方案是由传统锂离子电池中常见的高速率负极组成，这种负极跟超级电容器中常见的负极结合，由有机电解质隔开。据称，这将带来超级电容提供的巨大功率密度和充电能力，另加上锂电池的优越能量密度，由此产生的锂碳电池可提供高达20kW的快速充电速率。 根据对半径为25公里的模拟快餐服务进行的分析，使用传统的500Wh电池需要电动摩托车在换班期间靠边停车并花上30分钟充电。为了进行比较，该团队表示，由于其超快的充电速度，新型电池组可以在90秒内为这些汽车充电。 此外，该团队的锂-碳电池不使用稀土金属，完全可回收，而且据称不容易受到热失控事件的影响，而热失控事件会导致电池过热和损坏。 Bassett说道：“随着按需经济的兴起，用于外卖等城市配送的汽油动力轻便摩托车的使用量迅速增加，这导致了我们城市的空气质量问题。到目前为止，如果不维持昂贵的可更换电池库存或更换更大、更重的电动汽车而增加能源消耗，实现这些交付产品的脱碳是很困难的。” Bassett于本周在英国举行的Cenex低碳汽车展上展示了这一突破技术。 编译：cnBeta.com read more
宁德时代发布钠离子电池
北京时间2021年7月29日下午，宁德时代举行发布会，正式发布第一代钠离子电池，其电芯单体能量密度达到160Wh/kg，在常温下充电15分钟，电量就可以达到80%，具有快充能力。 宁德时代董事长曾毓群称，钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势，与锂离子电池相互兼容互补。 出处：头条号 @界面新闻 read more
特斯拉的新专利曝光，从“食盐”中提取锂！
据外媒报道，特斯拉申请一项新专利，涉及使用食用盐从矿石中提取锂的工艺。该锂提取工艺可将相关成本降低30%。 （图片来源：electrek） 在名为“从粘土矿物中选择性提取锂”的专利申请中，特斯拉描述了当前提取方法存在的主要问题： 锂是锂离子电池和电动汽车产业的战略性金属。为了降低电池和电动汽车的成本，找到一种能够经济有效地从各种锂源提取锂的方法，具有重要意义。通常开采的主要锂源是锂卤水，因为从中提取锂的成本较低。然而，随着对锂离子电池的需求不断增加，有必要寻找其他锂源。 另一种提取锂的方法是，从粘土矿物中提取锂。在这一过程中，通过酸浸获得锂。将粘土矿物与普通无机酸的水溶液混合，如H2SO4或HCl，然后在常压下加热以浸出粘土矿物中所含的锂。采用这种酸浸法，不仅可以浸出锂，而且能浸出高浓度杂质，包括钠、钾、铁、铝、钙和镁。然后，去除杂质元素，尤其是铝，这会造成大量锂损耗，可能显着降低整体锂提取率。此外，采用这种高酸耗和复杂的浸出液纯化方法，也使整个提取过程的成本效益较低，而且不环保。 特斯拉在专利申请中总结了自己的新方法： 在所描述的从粘土矿物及其组合物中提取锂的方法中，提取过程包括提供含锂的粘土矿物，将阳离子源与粘土矿物混合，对粘土矿物进行高能研磨，并进行液体浸出，以获得富含锂的浸出溶液。 这比仅添加食盐要稍复杂一些。但据特斯拉在专利申请中介绍，主要的阳离子源确实是NaCl。 特斯拉描述，在该工艺的研磨过程中添加NaCl的效果： 测量在研磨过程中添加NaCl的效果。NaCl粉末和细粘土矿物颗粒的重量比例为3:97，即NaCl与总混合物（即NaCl + 粘土）= 3%；并且相应的Na:Li摩尔比约 2.7:1。将这些NaCl粉末和细粘土矿物颗粒称重，并放入PM100行星式球磨机，以500 rpm的转速连续研磨长达3小时。然后，收集磨过的NaCl/粘土混合物，并将其转移到玻璃反应器中进行水浸出。将31克NaCl/粘土混合物装入反应器中并加水，以产生150克的浆液，其中盐/粘土混合物与水的重量比为1:4（即水中含20 wt.%的盐/粘土混合物）。浆液形成后，在90℃ 和1000 RPM下进行20分钟水浸出。在浸出过程中，使用冷凝器，将水损失降至最低。使用5um过滤纸进行后续过滤，然后收集浸出溶液，用于进行化学成分分析。 添加NaCl的化学分析结果如下： 特斯拉计划，将这项新工艺用于其在内华达州的锂矿，该矿占地超过1万英亩。 出处：见配图水印 read more
能克服纯电动车“传统缺陷”的钠电池问世
电动车发展势头正佳，而关于三元锂和磷酸铁锂的路线之争也从未消停，刀片电池、弹匣电池等名头，无不向世人传递出一个信号：我才是动力电池的未来。但结果真的会如此吗？答案是未必。 最近，宁德时代董事长曾毓群对外透露，将于今年7月前后发布钠电池。 按照专家的说法，钠电池是一种“不依赖资源”的新型电池，不会像锂电池那样受上游原材料的供应以及价格变化影响，未来不存在发展瓶颈。 于是，吃瓜群众们不仅好奇：钠电池究竟是个啥？跟锂电池相比，钠电池的优点和不足又是什么？到底谁才是动力电池的未来？ 钠电池是什么？ 跟锂电池的命名方式一样，钠电池的全称叫做“钠离子电池”，其工作原理，就是通过钠离子在电极之间的移动来实现充放电过程。 两者工作原理略有不同的是，锂电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电，而钠电池是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移。 ▲钠离子电池基本工作原理 简单来说，这不就是将锂离子换成了钠离子么？是的。而且，跟锂电池类似的是，钠电池在正负极材料的选用上也比较多元化，不同的电极材料能在电池能量密度方面带来不同的表现。 关于钠电池最早的研究，始于上世纪70年代的第一次石油危机期间，只是没有像锂电池那样进展迅速，此后相关研究越来越少，直到2010年之后，钠离子电池才与太阳能等可再生能源一起同步发展，以丰富储能体系。在这方面，欧美起步稍早，大概在2011年和2012年分别有公司涉足相关领域，美国能源部对此也有一定支持。 2012年，日本丰田曾发布一种钠离子电池正极材料，在当时就已经能将电动车续航里程提升到500-1000公里。 ▲各类高倍率性能钠离子电池正极材料的设计策略 在我国，包括中科院在内很多科研机构也在开展钠电池的研究，科技部2016年为此专门立项，今年4月，国家发改委和国家能源局发文，提出要支持储能多元化发展，以及加快钠离子电池开展规模化。 从产业化推进速度和专利布局来看，目前我国在钠电池领域处于领先地位。 钠电池各项性能如何？ 既然大家都重视，那钠电池理应比锂电池更有优势才对。 可是，至少在目前看起来，跟如今应用最广泛的两种动力电池（磷酸铁锂、三元锂）相比，钠电池的主要性能指标其实并不具备明显优势，甚至在消费者十分看重的能量密度方面还处于劣势。 具体来看，如今三元锂量产装车已经做到180-200Wh/kg的水平，中短期目标是做到300Wh/kg；磷酸铁锂目前量产装车最高的为140Wh/kg，中短期目标是实现180-200Wh/kg；而国内钠离子电池目前能量密度最高为145Wh/kg，中短期目标是160-200Wh/kg，比三元锂差了不少，跟磷酸铁锂在相近水平（中科院物理所研发的钠电池，理论能量密度已经达到180 Wh/kg）。 虽然能量密度指标并不占优，但钠电池在充电速度方面却有不小的优势。众所周知，即便采用大功率直流快充，三元锂电池一般是半个小时能从20%充到80%，磷酸铁锂充电费时更久，而钠电池只要10分钟就能干到90%，也就相当于我们给车加个油的时间。 另外，在充放电循环寿命方面，钠电池可以做到4500次，三元锂只有两三千次，这方面磷酸铁锂优势明显，已经做到6000次，据称锂电池循环寿命最高可以超过上万次。 低温性能方面，钠电池在零下40摄氏度都可以正常工作，跟三元锂差不多，比磷酸铁锂更能适应冬季以及高寒地区。 而在电动车用户普遍关注的安全性方面，钠电池也比三元锂更令人放心。这一方面是因为其电解液稳定性高，另一方面就是因为能量密度低，使得钠电池在高温性能方面比三元锂电池更好。 最后，钠电池还有一个所有锂电池都不具备的优势，就是它不像锂电池一样担心会过放电，所以钠电池允许彻底放电到0伏——这对于一般电动车用户好像没什么实质性意义，但对于储能场景应用就更值得推广了。 为什么要发展钠电池？ 综上，就实际应用而言，由于能量密度偏低，钠电池目前还难言优势，但鉴于其能量密度基本跟磷酸铁锂看齐，以及在其他性能方面还有自己的特色，其量产价值其实已经不小。 但这就是世界上主要国家发展钠电池的根本原因吗？其实不然。钠电池之所以能得到重视，最重要的原因，正是我们在本文开头提出的——不依赖资源，这需要从两个方面来理解。 首先，论在地球上的储量，钠远比锂要丰富得多。 资料显示，锂在地壳中的含量仅为0.0065%，即便是把地球上所有的锂元素都用来生产电动车，大概只够生产15亿辆特斯拉。而且，大部分已探明锂资源都在南美洲（主要是玻利维亚、智利、阿根廷等），集中于当地的盐湖中，但该区域政局不稳，所以引起碳酸锂价格经常大幅波动。此外，国内锂提取技术目前也没有规模化，我们80%的锂从澳大利亚进口，但当前的中澳关系并不利于维持这种贸易需求。 反观钠，分布就明显广泛的多，钠资源约占地壳元素储量的2.64%——也就是说，钠的储量是锂的406倍。其中，光是我国已探明的钠盐储量，早在六七年前就已经超过1.4万亿吨，而且，如今全球的金属钠产能，也正在向中国转移。 ▲盐湖中丰富的钠盐 其次，钠电池成本更低。 宁德时代之所以要发布钠电池，核心原因是锂电池的原材料涨价太凶猛（从去年下半年至今已经涨了多次），而钠电池则丝毫不存在这方面的压力，原因有三： 一、钠盐因为储量巨大，原材料价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本能降低一半； 二，钠盐的特性允许使用低浓度电解液（同样浓度的电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右），这样就能进一步降低成本； 三，钠离子不会跟铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，此举可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右。 几大主料都能大幅节省生产成本，也就不难理解为啥电池企业愿意开辟这条新的道路了。有数据显示，目前国内钠电池的材料成本加上制造成本，大概在0.36元/Wh左右，这已经比锂电池低了，只不过，钠电池目前还处于推广初期，其整体商业成本短期内会比锂电池高，这一点宁德时代也有简单提及。 最后说说 不仅仅是宁德时代，包括深圳华创电新、辽宁星空钠电等多家企业都对钠电池提前进行了布局。可见，虽然钠电池的能量密度是个较为明显的短板，但业内对其赶超磷酸铁锂依然充满信心，有企业称“钠电池能量密度超越150Wh/kg的进度将比磷酸铁锂快”，更重要的是，钠电池虽然还处于第一代产品阶段，但已经能看到第三代产品的雏形了。 更重要的是，钠电池在充电速度、循环寿命、低温性能、安全性能方面都有可圈可点之处，所以其市场前景值得期待。 而钠电池的出现，首先就将挑战磷酸铁锂的江湖地位，因为它们都是走的性价比路线。当然，磷酸铁锂和钠电池究竟谁能更胜一筹，从科学的角度来说还无法给出预判，毕竟，这两种电池，在不同电极材料和辅料的作用下，其能量密度天花板各不相同。 由此可见，未来，不仅仅是储能行业会有钠电池的一席之地，电动车势必也会形成锂电池和钠电池并行的局面，而且那一天已经可以预见了。 撰文：刘极昊 出处：头条号 @线外邦 read more
10分钟满电、可循环万次… 哈佛大学研制出了锂金属固态锂电池
哈佛大学日前公布最新科研成果，一款很有希望量产固态电池远星研制成功。 这款锂金属固态电池很稳定，在高能量密度设定下，仍可实现充放电循环超10000次。用在电动汽车上，预期寿命可达到10~15年都不用更换。 快充方面，由于高电流设定，10~20分钟即可满血。 此前，锂金属固态电池研制的困难在于它不太理想的化学挥发性。当锂电池充电时，锂离子从阴极移动到阳极。有了锂金属阳极，移动的锂就会在阳极表面和更远的地方形成针状的树形结晶结构。然后，这些树突会转成电解质，将阳极和阴极分离开来，从而导致电池故障，甚至起火。 不过，哈佛的方案采用了类似三明治的结构解决了上述问题。 研究人员称，在设计之处，他们就考虑到量产商用的可操作性，好在锂金属固态电池具备灵活可伸缩的生产过程，可与当前的锂离子电池产线相兼容。 出处：头条号 @朱哥趣漫 read more