日本發(fā)明新技術(shù)：鋰離子電池量產(chǎn)成本可降90%

鋰離子電池在科技界扮演著核心角色，為智能手機(jī)和智能汽車(chē)等各種設(shè)備提供動(dòng)力。日本一位電池開(kāi)發(fā)者表示，他有辦法將鋰電池的量產(chǎn)成本降低90%，與此同時(shí)顯著提高其安全性。

曾負(fù)責(zé)日產(chǎn)汽車(chē)(Nissan Motor Co.)電池研究的堀江英明(Hideaki Horie)于2018年成立了總部位于東京的APB公司，以生產(chǎn)“全聚合物電池”。

此前，日產(chǎn)汽車(chē)已向APB公司許可了一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，以生產(chǎn)這種電池。日產(chǎn)汽車(chē)于1990年代初開(kāi)始研發(fā)鋰離子電池，于1997年推出了Prairie Joy EV，并成為在商用電動(dòng)汽車(chē)中安裝鋰離子電池的先驅(qū)。

今年早些時(shí)候，APB公司獲得了包括建筑商大林組株式會(huì)社(Obayashi Corp.)、工業(yè)設(shè)備制造商橫河電機(jī)株式會(huì)社(Yokogawa Electric Corp.)和碳纖維生產(chǎn)商帝人株式會(huì)社(Teijin Ltd.)在內(nèi)的一批日本企業(yè)的支持。

今年3月，APB籌集了80億日元(合7400萬(wàn)美元)，雖然這筆錢(qián)顯得有些微不足道，但足以為一家擬于明年開(kāi)始量產(chǎn)的工廠提供全套設(shè)備。堀江英明估計(jì)，其位于日本中部的工廠至2023年裝機(jī)容量將達(dá)到10億瓦時(shí)。

成本更低 容量更大

“現(xiàn)在制造鋰電池的問(wèn)題在于，它的器件生產(chǎn)類(lèi)似于半導(dǎo)體，”堀江英明在接受采訪時(shí)表示，“我們的目標(biāo)是使其更像鋼鐵生產(chǎn)。”

電池基本單元——電池芯的制造是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要在潔凈室條件下完成——需要控制濕度、持續(xù)的空氣過(guò)濾，以防止高反應(yīng)性材料受到污染。條件如此嚴(yán)苛，以至于像韓國(guó)的LG化學(xué)、中國(guó)的寧德時(shí)代和日本的松下電器這樣的頂級(jí)電池公司需要斥資數(shù)十億美元來(lái)建造工廠。

堀江英明的創(chuàng)新之處在于用樹(shù)脂結(jié)構(gòu)代替電池的基本組件——金屬內(nèi)襯電極和液態(tài)電解質(zhì)，從而提高了安全性并降低了成本。他說(shuō)，這種方法大大簡(jiǎn)化并加快了生產(chǎn)進(jìn)程，就像“黃油抹面包”一樣容易。

新型電池單元的正面和背面由聚合物集電器制成，正面和背面分別具有負(fù)極性或正極性，并構(gòu)成電池盒的一部分。10米長(zhǎng)的電池片可以“像座墊一樣”堆疊在一起，從而增加容量。

傳統(tǒng)電池和全聚合物電池示意圖

安全性提升

鋰離子電池自近三十年前首次商業(yè)化以來(lái)已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路。與十年前相比，它們的使用壽命更長(zhǎng)，功率更大，成本降低了85%，成為推動(dòng)智能手機(jī)和平板電腦內(nèi)部功能越來(lái)越強(qiáng)大的主力軍。

但是安全性仍然是一個(gè)問(wèn)題，從特斯拉(Tesla Inc.)汽車(chē)到波音公司(Boeing Co.)的夢(mèng)幻客機(jī)以及三星電子(Samsung Electronics Co.)的智能手機(jī)，電池一直是引起火災(zāi)的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;。

堀江英明說(shuō)：“從物理學(xué)角度來(lái)看，鋰離子電池是人類(lèi)創(chuàng)造的最好的加熱器。”

不過(guò)，樹(shù)脂電池在被刺破時(shí)具有防火性。在傳統(tǒng)電池中，一個(gè)刺孔會(huì)產(chǎn)生成百上千安培的電涌，是普通家庭電流的好幾倍。溫度會(huì)上升到700攝氏度。而APB的電池使用所謂的雙極設(shè)計(jì)，它消除了目前的電力瓶頸，并允許電池的整個(gè)表面吸收電涌，從而避免了這種災(zāi)難性的情況。

“由于發(fā)生了很多事故，安全一直是行業(yè)內(nèi)的頭等大事，”Wood Mackenzie儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì)高級(jí)分析師Mitalee Gupta表示。“如果該公司能夠迅速擴(kuò)大規(guī)模，這對(duì)于存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是一個(gè)突破。”

不完美 聚焦固定電池領(lǐng)域

但是這項(xiàng)技術(shù)也不是沒(méi)有缺點(diǎn)?？偛课挥诩永Ｄ醽喌淖稍?xún)公司Total Battery Consulting Inc.的總裁Menahem Anderman認(rèn)為，聚合物的導(dǎo)電性不如金屬，這可能會(huì)嚴(yán)重影響電池的承載能力。

他表示，雙極設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是電池芯在電池中背對(duì)背連接，使對(duì)單個(gè)電池芯的控制變得困難。他還質(zhì)疑節(jié)省下來(lái)的費(fèi)用是否足以與現(xiàn)有企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。“在未來(lái)15年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，鋰離子液態(tài)電解質(zhì)仍將是主要應(yīng)用，”他說(shuō)。

堀江英明承認(rèn)，APB無(wú)法與那些已經(jīng)投資數(shù)十億美元并從規(guī)模經(jīng)濟(jì)中受益的電池巨頭競(jìng)爭(zhēng)。APB不會(huì)將目光投向汽車(chē)行業(yè)的“紅海”，而是將業(yè)務(wù)重點(diǎn)放在建筑、辦公室和發(fā)電廠使用的固定電池上。