無負極電池能否顛覆電動汽車及智能硬件產業格局？

    鋰電世界  毫無疑問，智能硬件的熱潮正在到來。倘若智能硬件必需的電池問題得到解決，智能硬件產業是否會發生翻天覆地的變化?從蘋果、谷歌到BAT，從國外到國內，互聯網企業進軍智能硬件市場已經成為風潮，甚至有業界人士認為，2014年是智能硬件行業的爆發元年。據預測，未來兩到三年，全球智能硬件的市場規模有望達到300億至500億美元。同時，根據市場調研公司Juniper Research的數據顯示，2014年全球僅可穿戴設備市場規模就可達到15億美元以上，到2018年將達190億美元。

    制約智能硬件更進一步發展的瓶頸問題-電池技術，最近在美國麻省理工大學(MIT)取得革命性突破。新研發出來的“無負極電池”將顛覆沉寂了20多年的傳統鋰電池行業，并有望在未來1-2年內投入使用，使得智能手機變得薄如卡片，手機待機時間和電動車續航里程翻翻，而且電池價格變得更低。

    這種第三代鋰電池使用一種超薄到近乎沒有的金屬負極和更加安全的電解液。根據美國權威的獨立電池測試實驗室A123 公司今年十月份的驗證，它的2Ah產品原型的能量密度達到了每升1337瓦時(Wh/L)，這超過了目前蘋果、三星，小米和特斯拉電池能量密度的2倍，這一項成果突破了目前世界最高記錄，還獲得了包括美國R&D100 獎(科技創新的奧斯卡)和美國能源部清潔能源獎等一系列知名的科技創新獎項。

    該技術由MIT的胡啟朝博士和唐納德.賽德維(Donald Sadoway)教授共同研發，在學校的孵化下，兩位科學家還帶領一支MIT的創業團隊組建了麻省固體能源公司(SolidEnergy)，以促進科技成果的產業化轉化，并獲得了MIT相關專利的全球獨家使用權。該公司2013年獲得了450萬美金的A輪融資，投資者包括新加坡的淡馬錫等。
 
    根據花旗銀行的最新報告，2014年全球可充式鋰電池市場高達210億美元，其中120億美元來自于消費類電子產品，35億美元來自于電動汽車。保守估計，2020年全球可充式鋰電池市場達到350億美元，包括147億美元來自于消費類電子產品，100億美元來自于電動汽車，平均每年增長10%。隨著人們越來越多的使用智能硬件，實際的鋰電池市場會遠遠大于這個保守估計。

    唐納德.賽德維教授是世界著名的電池專家，是2012 年時代周刊評選的世界最有影響力的100 人之一，他此前的電池項目曾經得到微軟董事長比爾.蓋茨的支持。胡啟朝博士畢業于哈佛大學，是2012 年福布斯評選的全球30 位30 歲以下杰出科學家之一。

    根據美國能源部的定義，第一代鋰電池使用石墨負極，最多能達到600Wh/L的能量密度; 第二代鋰電池使用硅負極，最高能取得800 Wh/L左右的能量密度;第一代和第二代都屬于傳統的鋰離子電池。而第三代鋰電池將使用更高能量密度的金屬負極甚至做到無負極，能超過1000 Wh/L 的能量密度。

    專家表示，盡管過去20年間各類技術發展突飛猛進，計算機的體積大大縮小，現在新型智能手表的計算能力比阿波羅登月飛船的都要強大，然而最普遍的可充電電池鋰離子電池技術卻一直停滯不前。

    “電動汽車產業化進程在很大程度上取決于電池技術的進步。當前全球諸多電池技術的創新預示著這個進程會加快，尤其是如果能出現顛覆性的電池技術，整個電動汽車產業格局和商業模式都有可能發生預想不到的變化”，國務院發展研究中心企業研究所副所長張永偉說。

    電池由四部分構成：正極，負極，電解液和隔膜。

    大部分電池公司都扎堆在正極材料的生產上，傳統消費類電子產品通常使用的是高能量密度的鋰鈷氧(LCO)。正極材料的研發創新周期很快，一般每年都有5%的能量密度方面的提升，但這種創新非常漸進和零散，而且不同的應用和企業會選擇不同的正極。

    “在負極方面，創新相對來說要困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破，這也是為什么電池由負極決定屬于哪一代，”胡啟朝博士說。

    目前的負極主要是以石墨為主，優點是非常成熟和廉價，缺點能量密度很低。在負極提供商中，幾乎沒有技術差異，主要靠降低成本來競爭。電解液方面呈現非常多樣和分散的態勢，但不同產品差異很小。隔膜方面的一些核心技術主要由日本和美國企業掌握，利潤很高，但是隨著先進技術的推進，他們的優勢和壟斷地位也在逐漸消失。

    為了推動電池行業的核心創新，SolidEnergy專注于開發新一代負極材料，并使之與不同的正極材料相匹配，為大規模普及投入使用奠定基礎。
 
    “未來我們希望成為一個專注于電池負極和電解液的材料提供者，我們目前已經和多個電池公司和消費類電子公司，包括蘋果和三星，合作測試電池材料，”胡博士說。

    “在大規模生產前，我們仍然需要解決許多制造工藝的問題，比如均勻性和純度。主要的挑戰是要確保在大規模生產時，材料仍然和實驗室小規模有同樣的純度和均勻性，”他補充到。

    目前SolidEnergy正在積極準備，如果一切順利，2015年秋季將推出消費類電子產品電池材料，2016年秋季推出電動汽車電池材料，預計2016年，SolidEnergy的產量可以支持1000萬部智能手機和智能手表。