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最近炒得很熱的一個叫Solid Energy的美國startup，據(jù)稱其獨(dú)創(chuàng)的“無負(fù)極電池”技術(shù)可以使電池達(dá)到1337Wh/L的能量密度，該公司創(chuàng)始人之一華裔科學(xué)家胡啟朝博士宣稱該技術(shù)將“顛覆電動汽車行業(yè)”，并有望在未來一兩年之內(nèi)投入實(shí)際應(yīng)用。

 

　　筆者仔細(xì)觀看了Solid Energy網(wǎng)站提供的視頻信息并且查閱了胡博士發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，如果這些信息屬實(shí)的話，筆者認(rèn)為這種電池就是采用金屬鋰作負(fù)極LCO作正極的電池，只是負(fù)極金屬鋰層很薄，而并不是真的“沒有負(fù)極”。

 

　　讀者是不是覺得似曾相識呢？沒錯，七十年代鋰電池剛誕生時(更準(zhǔn)確一點(diǎn)說是鈷酸鋰剛被用作正極材料時)就是這樣的。所不同的是根據(jù)Solid Energy的描敘，金屬鋰是通過某種技術(shù)沉積在銅箔集流體表面，然后在鋰層上再沉積一層很薄的聚合離子液體電解質(zhì)層。暫且不論成本(沉積工藝和離子液體的價格)以及高活性金屬鋰的操作安全問題，大規(guī)模生產(chǎn)中諸多復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程問題就遠(yuǎn)非一個新興公司能夠解決。

 

　　在筆者看來，Solid Energy最大的挑戰(zhàn)還是在于金屬鋰負(fù)極，因為Solid Energy所宣稱的“巨大潛力和光明的未來”都是基于高活性鋰金屬可以作為負(fù)極(否則高能量密度將是虛幻)這樣一個假設(shè)。

 

　　其實(shí)，從鋰離子電池的誕生歷史我們可以很清楚地看到，鋰離子電池采用碳負(fù)極的根本原因，正是因為鋰嵌碳化合物降低了金屬鋰的高活性。所以，基于嵌入反應(yīng)的鋰離子電池其實(shí)是不得已的折衷辦法！最近兩年，國際上關(guān)于金屬鋰負(fù)極的研究掀起了一陣小高潮，從基礎(chǔ)研究的角度而言是很好理解的。要想進(jìn)一步提高鋰電的比能量，那么就必須打破現(xiàn)在的嵌入反應(yīng)機(jī)理的束縛, 跟其它常規(guī)化學(xué)電源一樣采用異相氧化還原機(jī)理，也就是采用金屬鋰做負(fù)極，使用金屬鋰負(fù)極的電池自然是“終極鋰電池”。正如之前筆者討論過的，以金屬鋰做負(fù)極的“終極鋰電池”能否實(shí)現(xiàn)，安全性問題仍然是第一決定性因素。而迄今為止，Solid Energy并沒提供其電池的相關(guān)測速數(shù)據(jù)。

 

　　曾遭遇滑鐵盧

 

　　NEC在1990年收購Moli以后，對Li-MoS2電池仍然不死心，為了完成Confirmation Test，Moli做了五萬個電池，每一個電池都用X-Ray 檢查缺陷，整整花費(fèi)了一年半的時間，最后結(jié)論仍然是金屬鋰不適合用于負(fù)極材料。所以，鋰金屬作負(fù)極在電池工業(yè)界是一個滑鐵盧般經(jīng)典的案例。

 

　　現(xiàn)在每當(dāng)電池工業(yè)界的內(nèi)行人(尤其是日本同行)聽到有人忽悠Li-S和Li-Air電池的時候，他們的嘴邊都是泛起一絲殘忍的微笑，因為這兩個電化學(xué)體系的最核心問題正是筆者前面討論過的金屬鋰負(fù)極問題。NEC完成Confirmation Test的時間已經(jīng)到了1992年，而SONY在一年前就以已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了基于碳負(fù)極的鋰離子電池。正是因為NEC沉迷于金屬鋰負(fù)極，才在鋰電池的生產(chǎn)上被SONY遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在了后面。吉野和西美先生能夠在八十年代初期就完全拋棄金屬鋰負(fù)極的想法，筆者不得不由衷的欽佩他們當(dāng)初的遠(yuǎn)見卓識。

 

　　筆者這里不是說金屬鋰負(fù)極沒有意義，而是想要強(qiáng)調(diào)，這個領(lǐng)域突破的難度極大，根本不是當(dāng)前學(xué)術(shù)界有些人玩弄花里胡哨的納米概念所能解決的(J. R. Dahn就“納米鋰電”問題多次做過尖銳批評)。在筆者看來，只有采用固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池(All-solid-state Li-ion battery)才有可能讓金屬鋰負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用成為可能。日本Toyota(豐田汽車)是國際上全固態(tài)電池的領(lǐng)頭羊，目前其發(fā)展出的原型電池在技術(shù)水平上遙遙領(lǐng)先其它企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，而Toyota在該領(lǐng)域已經(jīng)有近20年的研發(fā)積累。

 

　　過去數(shù)十年，由于全球新能源研究的再次興起，美國成立了很多電池相關(guān)的風(fēng)投小公司。這些新興公司主要集中在美國西海岸加州硅谷一帶和東海岸波士頓附近，據(jù)不完全統(tǒng)計多達(dá)上百家。有一定知名度的鋰電新興公司有Envia, Ambri，Imprint Energy，Alveo Energy，Sila Nanotechnologies，Boulder Ionics， Prieto Battery，Sakti3，Xilectric，Amprius，Leyden Energy，California Lithium Battery， PolyPuls等等。受制于美國鋰電產(chǎn)業(yè)非常薄弱的現(xiàn)實(shí)，這些鋰電新興公司幾乎都把開拓中國市場當(dāng)作主要目標(biāo)之一。這些鋰電新興公司里基本上都有華人技術(shù)骨干，出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷，國人未免對它們倍感親切備受推崇。

 

　　鋰電產(chǎn)業(yè)是一個資本加技術(shù)密集型的高科技行業(yè)，屬于典型的實(shí)體經(jīng)濟(jì)范疇，所以鋰電領(lǐng)域內(nèi)具有產(chǎn)業(yè)意義上的技術(shù)進(jìn)步仍然是很緩慢的，需要解決科學(xué)和工程方面的一系列難題，取得革命性突破非常困難。比如鋰電產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)二十多年了，基本生產(chǎn)工藝跟20年前仍然差別不大，LCO和石墨材料仍然占據(jù)超過50%和99%的正極和負(fù)極的市場份額。

 

　　而另一方面，在整個鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上，產(chǎn)能、市場、技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)都越來越向少數(shù)跨國公司集中，這種“馬太效應(yīng)”使得新入行的新興公司很難或者可以說幾乎就沒有翻身的可能，這正是實(shí)體經(jīng)濟(jì)和IT行業(yè)一個很大的區(qū)別。這些新興公司里，最“接近”成功的當(dāng)屬A123了，其他的新興公司還都在為生存而掙扎。之所以Facebook、Google這樣的互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)神話不能在電池行業(yè)被復(fù)制，背后是有深層次原因的。

 

　　作為一名科研工作者，筆者對任何新技術(shù)都持開放的態(tài)度。筆者這些年一直在鋰電研發(fā)和生產(chǎn)一線，接觸了不少這樣的新興公司和它們的“革命性”電池技術(shù)。實(shí)事求是而言，這些所謂的新技術(shù)大部分僅僅只是一個概念或者idea而已，所謂的電池技術(shù)“突破性”進(jìn)展，基本上都是新興公司為博得眼球或者獲取風(fēng)險投資的宣傳伎倆。“歷史總是何曾地相似”，回顧鋰離子電池的誕生歷史，我們應(yīng)當(dāng)對這些問題會有更加深刻的理解和認(rèn)識。