无负极电池能否颠覆电动汽车及智能硬件产业格局

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无负极电池能否颠覆电动汽车及智能硬件产业格局


关键词：无负极电池,电动汽车,智能硬件,可穿戴设备
时间：2014-12-25 15:10:30      来源：《电子技术设计》
毫无疑问，智能硬件的热潮正在到来。倘若智能硬件必需的电池问题得到解决，智能硬件产业是否会发生翻天覆地的变化

从苹果、谷歌到BAT，从国外到国内，互联网企业进军智能硬件市场已经成为风潮，甚至有业界人士认为，2014年是智能硬件行业的爆发元年。据预测，未来两到三年，全球智能硬件的市场规模有望达到300亿至500亿美元。同时，根据市场调研公司Juniper Research的数据显示，2014年全球仅可穿戴设备市场规模就可达到15亿美元以上，到2018年将达190亿美元。


制约智能硬件更进一步发展的瓶颈问题- 电池技术，最近在美国麻省理工大学(MIT)取得革命性突破。新研发出来的“无负极电池”将颠覆沉寂了20多年的传统锂电池行业，并有望在未来1-2年内投入使用，使得智能手机变得薄如卡片，手机待机时间和电动车续航里程翻翻，而且电池价格变得更低。

这种第三代锂电池使用一种超薄到近乎没有的金属负极和更加安全的电解液。根据美国权威的独立电池测试实验室A123公司今年十月份的验证，它的2Ah产品原型的能量密度达到了每升1337瓦时(Wh/L)，这超过了目前苹果、三星，小米和特斯拉电池能量密度的2倍，这一项成果突破了目前世界最高记录，还获得了包括美国R&D100 奖(科技创新的奥斯卡)和美国能源部清洁能源奖等一系列知名的科技创新奖项。

该技术由MIT的胡启朝博士和唐纳德.赛德维(DonaldSadoway)教授共同研发，在学校的孵化下，两位科学家还带领一支MIT的创业团队组建了麻省固体能源公司(SolidEnergy)，以促进科技成果的产业化转化，并获得了MIT相关专利的全球独家使用权。该公司2013年获得了450万美金的A轮融资，投资者包括新加坡的淡马锡等。

根据花旗银行的最新报告，2014年全球可充式锂电池市场高达210亿美元，其中120亿美元来自于消费类电子产品，35亿美元来自于电动汽车。保守估计，2020年全球可充式锂电池市场达到350亿美元，包括147亿美元来自于消费类电子产品，100亿美元来自于电动汽车，平均每年增长10%。随着人们越来越多的使用智能硬件，实际的锂电池市场会远远大于这个保守估计。

唐纳德.赛德维教授是世界著名的电池专家，是2012 年时代周刊评选的世界最有影响力的100 人之一，他此前的电池项目曾经得到微软董事长比尔.盖茨的支持。胡启朝博士毕业于哈佛大学，是2012 年福布斯评选的全球30 位30 岁以下杰出科学家之一。

根据美国能源部的定义，第一代锂电池使用石墨负极，最多能达到600 Wh/L的能量密度; 第二代锂电池使用硅负极，最高能取得800Wh/L左右的能量密度;第一代和第二代都属于传统的锂离子电池。而第三代锂电池将使用更高能量密度的金属负极甚至做到无负极，能超过1000 Wh/L的能量密度。

专家表示，尽管过去20年间各类技术发展突飞猛进，计算机的体积大大缩小，现在新型智能手表的计算能力比阿波罗登月飞船的都要强大，然而最普遍的可充电电池锂离子电池技术却一直停滞不前。

“电动汽车产业化进程在很大程度上取决于电池技术的进步。当前全球诸多电池技术的创新预示着这个进程会加快，尤其是如果能出现颠覆性的电池技术，整个电动汽车产业格局和商业模式都有可能发生预想不到的变化，”，国务院发展研究中心企业研究所副所长张永伟说。

电池由四部分构成：正极，负极，电解液和隔膜。

大部分电池公司都扎堆在正极材料的生产上，传统消费类电子产品通常使用的是高能量密度的锂钴氧(LCO)。正极材料的研发创新周期很快，一般每年都有5%的能量密度方面的提升，但这种创新非常渐进和零散，而且不同的应用和企业会选择不同的正极。

“在负极方面，创新相对来说要困难很多，一般每10年到20年才有一次大的突破，这也是为什么电池由负极决定属于哪一代，”胡启朝博士说。

目前的负极主要是以石墨为主，优点是非常成熟和廉价，缺点能量密度很低。在负极提供商中，几乎没有技术差异，主要靠降低成本来竞争。电解液方面呈现非常多样和分散的态势，但不同产品差异很小。隔膜方面的一些核心技术主要由日本和美国企业掌握，利润很高，但是随着先进技术的推进，他们的优势和垄断地位也在逐渐消失。

为了推动电池行业的核心创新，SolidEnergy专注于开发新一代负极材料，并使之与不同的正极材料相匹配，为大规模普及投入使用奠定基础。

“未来我们希望成为一个专注于电池负极和电解液的材料提供者，我们目前已经和多个电池公司和消费类电子公司，包括苹果和三星，合作测试电池材料，”胡博士说。

“在大规模生产前，我们仍然需要解决许多制造工艺的问题，比如均匀性和纯度。主要的挑战是要确保在大规模生产时，材料仍然和实验室小规模有同样的纯度和均匀性，”他补充到。

目前SolidEnergy正在积极准备，如果一切顺利，2015年秋季将推出消费类电子产品电池材料，2016年秋季推出电动汽车电池材料，预计2016年，SolidEnergy的产量可以支持1000万部智能手机和智能手表。