單體能量密度遠(yuǎn)超特斯拉，詳解24M的雙電解液動(dòng)力電池技術(shù)

在特斯拉緊鑼密鼓組建超級(jí)電池工廠之時(shí)，由華裔科學(xué)家蔣業(yè)明創(chuàng)辦，隱身4年的半固態(tài)電池公司24M高調(diào)出山，4輪融資總計(jì)超7000萬美元（約4.9億人民幣），其生產(chǎn)的鋰電池單體能量密度達(dá)到了350Wh/kg。
　　本文整理外媒報(bào)道，詳細(xì)拆解24M的雙電解液動(dòng)力電池技術(shù)。
　　一、全新雙電解液鋰電池
　　近日，美國24M公司宣稱：今年4月28號(hào)，在佛羅里達(dá)州舉辦的國際電池研究展覽會(huì)上，他們將向公眾展示一種全新的、高性能低成本的“雙電解液鋰電池”。
　　為了解雙電解液電池的優(yōu)點(diǎn)，我們不妨先看看傳統(tǒng)電池。
　　一般的電池，僅有一種電解液在兩極間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成的陰陽離子在電解液中流動(dòng)以平衡兩邊電勢(shì)差。然而，在反應(yīng)過程中，兩電極處會(huì)聚集越來越多的陽/陰離子，形成極高的反壓差，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，這個(gè)問題被稱為極化反應(yīng)。
　

　　▲陰陽極區(qū)各自有不同的電解液
　　而這種新型電池，陰極區(qū)和陽極區(qū)各有一種電解液，各自參與反應(yīng)，兩種液體由一種非滲透電池隔膜隔開，兩邊液體不互通，電勢(shì)差由外部鹽橋離子的流動(dòng)來平衡，而電子通過外部電路形成電流。這樣，陰陽離子并不會(huì)在電極處大量聚集，從而有效地避免了極化反應(yīng)。因此，這種雙液電池的放電持續(xù)時(shí)間更長，副反應(yīng)更少，整體電能效率更高。
　　基于雙電解液技術(shù)，24M公司的鋰電池單體能量密度達(dá)到了350Wh/kg，安全性、充放電循環(huán)壽命進(jìn)一步提高，成本也大幅降低。
　　二、半固態(tài)電極平臺(tái)
　　24M公司能做到這個(gè)地步，雙液技術(shù)僅是一部分，其獨(dú)有的 “24M半固態(tài)電極平臺(tái)”也功不可沒。
　　

　　▲左側(cè)為24M半固態(tài)電極，右側(cè)為傳統(tǒng)鋰電池電極，可見半固態(tài)電極消除了很多非儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)24M公司CEO Rick Feldt（瑞克·費(fèi)爾特）說：
　　“24M 半固態(tài)電極平臺(tái)是雙液系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它極大地提升了整體生產(chǎn)效率，也開拓了全新的電池單體設(shè)計(jì)、電化學(xué)反應(yīng)。不僅如此，24M的半固態(tài)單體結(jié)構(gòu)還能消除全固態(tài)電池中尚未解決的“界面問題”——即固態(tài)電極液和固態(tài)電極間無濕潤性，兩界面難以充分接觸，組分又相互擴(kuò)散，導(dǎo)致電池內(nèi)阻急劇增大，電池壽命極低的問題?！?br />　　“24M公司正在與數(shù)個(gè)世界頂級(jí)制造商合作，我們已經(jīng)證明了這種設(shè)計(jì)能夠兼顧產(chǎn)能和生產(chǎn)收益。”
　　“使用這種半固態(tài)電極平臺(tái)+雙電解液技術(shù)，我們無疑已經(jīng)顛覆了鋰電池行業(yè)。不僅如此，這種技術(shù)還擴(kuò)大了電解液的選擇范圍，我們希望這種技術(shù)能成為行業(yè)所有公司的發(fā)展方向，在4.28號(hào)國際電池研究展覽會(huì)上，Naoki（直樹）將引導(dǎo)大家討論研究，包括純水等其他迄今為止尚未被試驗(yàn)過的材料?！?br />　　對(duì)此，日本伊藤誠貿(mào)易公司總經(jīng)理Koji Hasegawa對(duì)24M贊揚(yáng)道：
　　“歸功于24M公司在固態(tài)離子和半固態(tài)電極上面的成就，這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，在鋰電池性能提升愈發(fā)困難的今天，為鋰電單體和電化學(xué)反應(yīng)的設(shè)計(jì)提供了全新的思路?！?br />　　三、相較于傳統(tǒng)電池的優(yōu)勢(shì)
　　據(jù)《中國制造2025》規(guī)劃：到2020年，中國動(dòng)力電池單體能量密度要達(dá)到300Wh/kg；到2025年，單體能量密度達(dá)到400Wh/kg。
　　目前市面上，代表中國鋰電技術(shù)最高水平的寧德時(shí)代NCM811電芯，單體能量密度在270-280Wh/kg左右。而特斯拉所用的松下2170電芯，是已量產(chǎn)裝車的最高單體能量密度電芯，為260Wh/kg。
　　可見，傳統(tǒng)鋰電池的發(fā)展已經(jīng)非常困難。在保證電池安全的前提下，提升能量密度非常緩慢，提升的成本也越來越高，而300Wh/kg，是行業(yè)專家預(yù)測(cè)傳統(tǒng)鋰電池的單體能量密度極限。
　　相較于傳統(tǒng)電池，24M公司這種雙電解液半固態(tài)電池目前已經(jīng)達(dá)到了350Wh/kg單體能量密度。據(jù)稱，24M公司下一步目標(biāo)是將單體能量密度提升至400Wh/kg，這已是中國2025年的發(fā)展目標(biāo)。
　　不僅如此，由于半固態(tài)電極平臺(tái)采用了全新鋰電池單體結(jié)構(gòu)，60%以上的非儲(chǔ)能材料被去掉，結(jié)構(gòu)更加簡單，在電池充放電循環(huán)中，內(nèi)阻力更小，循環(huán)壽命大大改善。以目前電動(dòng)車電池平均1000次的充放電循環(huán)壽命來說，這種新電池的循環(huán)壽命可以提升7倍。
　　這對(duì)純電動(dòng)車企及用戶，無疑是一個(gè)福音。