五年內量產 三星SDI死磕石墨烯電池？

提到下一代電池技術，很多人的第一反應就是固態電池了。

事實上，在眾多電池研究的單位中，選擇固態電池作為技術方向的最多，但電池技術的分類其實非常廣泛，除了固態電池，比較可行的還有以日本東芝為代表的快充型鋰離子電池，也稱「競技技術」，而且這類電池也到了產業化的邊緣。

所謂 「競技技術」其實就是東芝開發的「下一代SCiB」， SCIB通過在鋰離子二次電池負極中，採用相對Li來說電勢更高的鈦酸鋰（Li4Ti5O12：LTO），使得充放電循環壽命和安全性都得到了顯著提高。由於電勢高，鋰不會沉積在負極上，所以不會存在由於Li枝晶造成短路的問題。實現了現有產品2.5倍的輸入密度，同時體積能量密度增加到350Wh/L，達到了現有SCiB的2倍。

東芝不曾透露在下一代SCiB上實現超快速充電的具體技術，但有一個線索是，這個技術可能是由經營光學玻璃的Ohara公司開發的技術。而不管如何，這類超級快充技術也是目前的主流電池技術發展方向之一，國內最具代表性的企業就是微宏動力。

關於以超級快充為代表的充電速度和以固態電池代表的高能量密度，哪種技術會率先大規模應用在汽車上，其實很難說。畢竟快充電池還面臨一個大功率充電以及電網負荷的問題；而固態電池其技術壁壘似乎更為高深。當然，如果能兩者皆備，就真是福音了。

下面就來看看本周鋰電行業都發生了哪些新技術和大事件吧。

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加拿大燃料電池龍頭巴拉德發布新一代燃料電池

加拿大燃料電池龍頭巴拉德動力系統公司（Ballard Power Systems）近日宣布，研發出新一代高性能燃料電池推進系統，可供無人機使用。巴拉德還收到了波音子公司Insitu的後續合同，新一代1.3千瓦（KW）燃料電池推進系統將用於Insitu 公司「掃描鷹（ScanEagle）」無人機平台，供其進行更長航時的飛行測試。

新一代燃料電池推進系統較以往取得了一系列重要進展：新的膜電極組件（MEA）設計，讓電池能量密度增加；新MEA和一步燃料電池堆密封處理工藝相結合，降低電池成本；同時，電池還具備更長的壽命。此外，雖然電池額定功率的所有增加，但電池尺寸和重量並沒有明顯變化，這對於無人機應用而言的是一個特別重要的進步。

點評：燃料電池運用到無人機領域，一點都不奇怪。就發展路線而言，燃料電池和鋰電池本就是兩個完全相反的方向，鋰電池是囿於安全性（逐步提升），只能由小到大的應用，即手機數碼到動力領域；而燃料電池則囿於成本，是由大到小的應用，目前燃料電池在軍工領域 已經相當成熟了，就性能而言，燃料電池可謂「天生動力」。而無人機相對汽車來說，沒那麼大的成本依賴，率先推廣燃料電池，理所當然。

2

三星SDI研發出新型石墨烯球電池

據韓國《中央日報》報道，三星電子綜合技術院的研究小組成功研發出新電池材料「石墨烯球」，比現有鋰離子電池的充電容量高出45%，充電速度提高5倍以上。該研發成果在線發表在《自然通訊》的雜誌上。

研究人員發現在高強度、高導電性的石墨烯材料中加入二氧化硅後，可以大量合成石墨烯，合成的石墨烯像爆米花一樣呈現出三維立體形態，因此被稱為「石墨烯球」，將這種石墨烯球材料用於鋰離子電池的陽極保護膜和陰極材料後可以提升充電容量、縮短充電時間，而且高溫穩定性也能得到保障。

石墨烯在新一代素材中一直被認為是代表性材料。從石墨中剝出的石墨烯是薄薄的碳素原子膜，其特點是物理性、化學性的穩定性較高。該材料比銅的導電性高100倍；比硅的導電速度高140倍以上。這也是石墨烯球材電池比現有的充電電池的充電速度快五倍的理由。韓國計劃五年內將「石墨烯球」鋰電子電池實現商用化。

點評：三星SDI這是要死磕石墨烯電池了，去年年底，三星就遞交了石墨烯電池的專利，但業內人士分析指出，石墨烯電池只是一個概念，2030年之前都只能淪為炒作對象。不過，筆者倒是沒有那麼悲觀，石墨烯電池這個概念其實很模糊，如果是石墨烯漿料的話，已經比較成熟了，但如果是石墨烯負極的話，那還真得2030年以後了。

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新型固態電解質 具備非對稱功能化層

近期中科院化學所郭玉國課題組成功開發一種具有非對稱結構的固態電解質（ASE）以同時滿足正負極的需求。該固態電解質具有兩個功能化層：（ⅰ）與金屬鋰負極側接觸的是一層被7.5nm的聚合物修飾的緻密的Li7La3Zr2O12無機塗覆層，該緻密層可以有效的抵擋金屬鋰枝晶的刺穿。（ⅱ）在正極側是柔軟的聚合物層，該聚合物層分布於正極的內部與表面，使得電極/電解質界面較好的連接在一起。並且整個非對稱固態電解質的厚度小於36 μm，極大的降低了固態電解質的厚度有望實現高能量密度的固態金屬鋰電池。

該非對稱固態電解質表現出優異的對金屬鋰枝晶的抑制能力。組裝的Li/ASE/Li電池在在3200小時內均表現出平坦穩定的電壓平台。並且循環後兩側的金屬鋰都保持了平整的形貌，無明顯的枝晶產生。

由該非對稱電解質組裝的全電池，具有較低的界面電阻，並且該全電池具有優異的長循環性能和高的庫倫效率（大於99.8%）。循環後的電池正極表面有一層較薄且均勻的聚合物以確保整個循環過程中較好的電極/電解質界面。

點評：固態電解質成為下一代鋰電技術基本已經成為行業內的共識了。但其缺點也很明顯，即固態電解質的導電率、內阻、界面阻抗及相容性等等。因此，現階段各大企業的研發重點是固態聚合物電解質、無機固體電解質的設計及製備技術，固/固界面構築及穩定化技術；並在此基礎上完善電池生產工藝及專用設備的研究，來實現產品的量產。

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