意大利将于2022年1月底举行第八次可再生能源拍卖
06-08
雷锋网出版社：本文由深蓝出版。
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面对一群丧尸，与其拳打脚踢，还不如把Note 7扔掉。
哦，还有iPhone 7。
为什么这些手机中的锂电池如此不安全？有什么解决办法吗？读完本文，您将看到：防止锂电池爆炸的终极解决方案——什么是固态电池？我们距离这种电池还有多远？本文梳理了固态电池行业现状，并对四家固态电池企业进行了盘点。
固态电池最终将成为主流，而这些公司正在路上。
三星不哭，苹果也炸了。
美国科技博客BoyGeniusReport今天凌晨发表文章，苹果新iPhone 7似乎也爆了。
Reddit论坛上一位昵称@kroopthesnoop的网友发布的照片??显示，他的黑色iPhone7受损严重，屏幕出现裂纹，边框有明显烧焦痕迹。
苹果公司股价周四低开。
此前，三星Note 7手机已在全球引发近40起爆炸事件。
9月26日下午，又一中国银行Note 7发生爆炸。
这是中国第四次Note 7爆炸事件。
美国佛罗里达州用户内森·多纳赫(Nathan Dornacher)使用的三星Note 7在车内为Note 7充电后发生爆炸。
车上的方向盘、仪表盘等都被改得面目全非。
2019年9月2日下午，三星电子在韩国举行新闻发布会。
移动部门总裁高东镇(Ko Dong-jin)就三星Note 7电池爆炸事件公开道歉，并宣布由于电池缺陷，三星将停止销售Note 7手机并召回。
万部Note 7。
三星可能会因这起“连爆门”而损失近50亿美元——由于三星贡献了韩国超过五分之一的GDP，这一次确实让国家惊慌了。
六天后，美国联邦航空管理局（FAA）发表声明，强烈建议乘客“关闭Note7的电源，不要在飞机上使用或充电”。
随后，美国消费品安全委员会（CPSC）正式呼吁“消费者停止使用Note 7并关闭电源”。
多米诺骨牌效应已经开始。
包括中国民航在内的多国航空当局已发出警告，提醒乘客停止使用Note 7。
网友将Note 7打扮成“恐怖分子”，并称Note 7才是“真正的炸弹”。
据三星自己称，Note 7 的手机锂离子电池存在问题。
由于制造工艺错误，电池的正极和负极接触，导致电池芯过热并引起爆炸。
单次爆炸并不可怕，连续爆炸才可怕。
这不禁让人想起同样因电池而遭遇连续火灾的特斯拉。
年底，当特斯拉还在忙着统计去年令人印象深刻的 5 万辆汽车全球交付量时，1 月 1 日，挪威的一辆 Model S 在充电时突然起火——幸运的是车内无人。
因为特斯拉使用的动力电池是三元锂电池，而三元锂电池燃烧时，无法直接用水或二氧化碳来扑灭。
特殊的铜粉水过于昂贵且不常见，因此当时的挪威消防员只能使用泡沫。
周围的火势得到控制，直至 Model S 被完全烧毁。
Model S 屏幕烧毁。
锂电池为什么容易爆炸？传统锂电池的安全性一直是一把达摩克利斯之剑，悬在人们心头。
锂电池为什么容易爆炸？我们先来看看锂电池的解剖结构：普通的锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜组成。
锂离子在正极和负极之间来回“运行”，完成充电和放电过程。
有了电解质，锂离子就可以“跑”了。
正负极之间通过陶瓷或其他聚合物制成的隔膜隔开，使电池的正负极避免直接接触。
安全隐患就在这个隔膜上。
一旦出现高压、过热，隔膜很容易被击穿，导致正负极接触，造成内部短路。
据《科技日报》报道，为了提高电池的能量密度，延长电池寿命，三星采用了更薄的隔膜材料，这也是事故频发的原因。
想想看，一辆特斯拉需要使用多块0型锂电池。
只要其中一个出现问题……特斯拉底盘上紧密排列着多块锂电池。
只有一个改变才能彻底解决问题——用固体电解质代替液体电解质。
固体电解质使电池的正负极永远不会接触。
即使发生过热，固体电解质也只是熔化成绝缘体，并在温度下降后恢复固态，不会分解气体和多余的热量。
如果将锂电池换成固体电解质，则称为“固态电池”。
人类探索固态电池已有六十多年了。
第一批生产的固态电池既不厚也不圆，而是像薄膜一样。
第一个报告生产固态电池的人是日本人。
2016年，日本日立公司首次宣布生产出厚度小于10μm的固态电池，即薄膜。
但电池的电量太低，无法为任何电子设备供电。
薄膜电池目前已有较为成熟的产品。
2016年，美国Infinite Power Solutions公司（IPS）推出了全固态薄膜电池。
它只有指甲盖大小，两张纸那么厚。
15分钟可充至90%电量，可充放电10万次，至少可使用15年。
由于是全固态，这种薄膜电池可以随意弯曲，可以在-40°C至85°C的温度范围内安全使用，甚至可以在水下一千多米的地方安全使用。
2016年，Infinite Power Solutions被苹果收购，开始研究用于可穿戴设备的固态电池。
可以想象，如果Apple Watch采用固态电池，就能解决续航和尺寸问题。
这种薄膜状固态电池广泛应用于微电子器件市场。
全球范围内，拥有薄膜电池专利的公司有十几家。
除上述两家外，还有法国的Bellcore、美国的Cymbet、台湾的汇能科技、俄罗斯的GS Nanotech等。
俄罗斯公司GS Nanotech生产柔性薄膜锂离子电池，但薄膜电池的生产成本太高。
它需要使用一种称为气相沉积的技术，所使用的设备通常花费数百万美元。
如果薄膜电池用在手机上，一个苹果可以卖到几万。
另外，由于电极是薄膜，薄膜电池只能储存很少的能量。
别说电动汽车了，手机就连所需的电力都无法供给。
越来越多的人将目光转向大容量非薄膜固态电池。
但对于非薄膜电池，目前的技术还不是很可靠。
主要瓶颈有两个：一是固体电解质的离子电导率太低，即锂离子在固态下“跑动”缓慢，电池依靠锂离子在正负极之间跑动来实现充电和放电，所以这意味着电池充电和放电缓慢。
其次，固体电解质与电极之间的接触不如液体电解质与电极之间的接触好，导致界面电阻过高，从而会显着降低电池性能。
在非薄膜电池中，有三种材料可以用作电解质：聚合物、硫化物和氧化物。
很多公司说他们在用聚合物电解质制造电池，但实际上他们制造的并不是聚合物固态电池，而是凝胶电解质，比如索尼和三星。
凝胶的状态介于固体和液体之间。
事实上，它根本没有解决安全问题，胶体电池的能量密度也很难提高。
所以后来三星干脆放弃了凝胶电解质。
大多数其他制造商，包括中国新能源科技（ATL），只是在隔膜上涂一层聚合物，将隔膜粘合到正极和负极上。
顺便说一下，ATL是全球最大的聚合物电池供应商，为三星、苹果、华为、OPPO等公司供货。
固态电池何时进入大规模产业化？大多数业内人士都相当乐观。
《日经技术》认为“预计三年内将会出现性能是现有锂离子电池两倍的产品”。
2017年，美国储能研究联合中心（JCESR）表示，“将在5年内开发出一种能量密度比普通锂电池高5倍、价格降低至1/5的电池” （年）。
”然而，科研领域的学者却持保守态度——他们认为“毕竟开发一种产品和形成一个产业是两件不同的事情”。
2020年上半年，中科院物理所研究员李红博士表示：至少到2020年，中科院物理所生产的固态电池“可能会试水到商业化的水平”，而“真正的全固态可能需要更长的时间”。
。
虽然工业上不可能实现从液态到固态的跨越，但这并不意味着工业界在固态电池领域无所作为。
峰瑞资本投资人朱一洲告诉深蓝，“我们可以寻找从液体到固体的过渡解决方案。
”比如从MIT孵化出来的锂电池公司Solid Energy Systems的电解液，既是固体又是固体。
液态：首先用固体电解质膜覆盖金属锂电极，然后添加准离子阻燃液体。
由此产生的电池的尺寸是传统电池的一半，并且可以提供更多的能量。
“固态电池性能好，但成本高，所以我们首先应该瞄准对安全性和稳定性要求高的行业，而不考虑成本。
固态电池的制造工艺与传统电池不同，所以我们必须充分考虑利用传统电池的生产设备，可以避免重新建设整条生产线，降低生产成本。
”朱一洲说。
日本在大容量固态电池产业化方面遥遥领先于世界。
丰田和日立造船都是固态电池行业的领导者。
2017年，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）启动了1亿日元计划，在全国范围内研究电池，希望到2020年开发出能量密度是现有水平5倍以上的充电电池。
从现在开始，这时间可能会大大提前。
韩国也不落后。
三星在日本也有一个固态电池研究所——如果开发得早的话，三星可以用固态电池来替代。
继日本和韩国之后，欧洲、美国和中国紧随其后。
法国已经有电动汽车使用固态电池，但他们使用的固态电池中间仍然有隔膜，并不是真正的全固态，目前还没有大规模应用。
美国人只有技术，没有可以批量生产的产品。
这里有很多创业公司，比如：Seeo、Solid Energy System、Solid Power、Quantume Scape等。
中国人还处于研究阶段。
相关标的包括清陶能源、宁德时代、比亚迪、微宏动力等，研发进度或快或慢。
其中，清陶能源位于江苏盱眙，由南策文院士团队创立。
同时，南院士拥有中国首个全固态专利。
研发固态电池的四家公司中，法国的BatScap已有产品在使用，但并不是真正的全固态电池；其他公司目前只有技术。
【BatScap】BatScap是法国Bollore公司的子公司，开发了可用于电动汽车的固态电池。
BatScap（一种固态电池）的开发是 Bolore 向能源领域扩张的关键。
BatScap 生产需要加热的聚合物固态电池。
因为室温下聚合物的离子电导率太低，意味着锂离子在电极之间运行缓慢，充电和放电也很慢。
聚合物的离子电导率只有在加热后才能提高。
从今年年底开始，博洛雷将使用自主研发的电动汽车“Bluecar”，在巴黎和法国郊区提供汽车共享服务“Autolib”，即到达目的地后交换车辆。
该车采用BatScap的固态电池，规格为30kWh。
目前，此类Bluecar有近3辆，约3个服务站和3个充电器，每天使用18000次。
法国固态电池电动汽车正在充电。
但电池需要加热才能使用，难以大规模推广。
电动汽车可以利用行驶过程中产生的热量来维持60~80℃的工作温度。
但停车时，必须使用电池组内部的加热器来维持温度，每秒消耗约W的电量，与冰箱差不多。
停车期间需要始终连接充电器。
有人估计，平均每年，加热器在停车时比在行驶时消耗更多的电量。
不过，据一位固态电池技术人员介绍，BatScap的聚合物固态电池实际上中间有一个隔膜，根本不是我们所说的全固态。
【Solid Power】美国Solid Power成立于2001年，位于美国肯塔基州路易斯维尔。
它在科罗拉多州技术中心拥有一个多平方米的工厂。
创始团队包括来自科罗拉多大学博尔德分校（UCB）的多位教授和副教授。
这些教授都有着非常深厚的背景。
例如，仅 Sehee Lee 教授就拥有 18 项相关专利。
Solid Power 获得了更多的政府资金，每年从美国能源部获得 10,000 美元的资助，从科罗拉多州经济发展和国际贸易部 (COEDIT) 获得 250,000 美元的资助。
年底，它获得了美国空军1万美元的资助。
Solid Power固态电池的电池能量密度达到Wh/kg，是市场上电池容量的两倍以上。
【Sakti3】Sakti3是一家由美国密歇根大学教授创办的风险创业公司。
Sakti在梵文中的意思是“力量”，3是锂的原子序数，合在一起的意思是“锂的力量”。
该公司采用蒸发法制备无机固体电解质，并声称已实现高效量产。
密歇根大学教授安·玛丽·萨斯特里 (Ann Marie Sastry) 担任该公司首席执行官。
值得一提的是，Sakti于2013年获得家电巨头戴森1万美元融资，并于年底被戴森以1万美元收购。
今年9月，戴森宣布投资14亿美元建设电池工厂。
Sakti3宣布打造出能量密度为Wh/kg的电池，比普通锂离子电池高出约50%，并且该电池可容纳的电量是特斯拉现在使用的锂电池的两倍。
Sakti3向媒体透露，该公司已在密歇根州的小型试验场构建了固态电池原型，预计在两到三年内将其商业化。
不过，业内也有不少反对Sakti3的声音。
不少科研人员认为：“Sakti3没有产品，只是在炒作固态电池概念。
” 【丰田】2009年，丰田宣布计划在2018年将全固态电池全面商业化，其能量将是锂电池的三到四倍，并在未来几年内将采用锂空气电池。
许多日本公司非常重视离子电导率。
高离子电导率意味着锂离子在正极和负极之间快速“运行”，从而实现更快的充电和放电。
硫化物电解质在室温下的离子电导率与液体电解质相似，因此许多日本公司正在研究硫化物。
丰田就是一个典型的例子。
根据丰田公司2017年发布的专利，他们研发的全固态电池改善了固体电解质与电极接触不良的问题。
它采用湿法涂覆工艺制备中间电解液，使电解液非常薄，从而减小了电池体积。
同时，丰田加大了电池电芯尺寸，将电池面积扩大了50倍，容量增加了千倍。
丰田正在试验在电动汽车中使用固态电池。
据苹果技术人员透露，深蓝表示，丰田的固态电池产业化很可能不会使用上述材料。
他们可能只是发布这项专利来误导业界。
。
参考文章：Solid Power官网： 官网：·全固态锂离子电池：前沿发展与展望[J].储能科学与技术，，2(4)：欢迎转载。
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