探析可充电锂金属电池的能量容量

SolidQnergySystems是一家由QichaoHu于2012年创立的公司，它宣布推出一种新型可充电锂金属电池，在给定的电池尺寸和重量下，它的能量是传统锂离子电池的两倍。新电池与锂离子电池一样安全耐用。考虑到锂离子电池在智能手机，电动汽车，无人机等中的广泛使用，本发明是一个很大的进步。电池可以使这些设备工作两倍或使其微型版本可行。

电池行业的圣杯

几十年来，研究人员已经了解锂金属电池的优点（即更高的能量密度和更小的尺寸）。然而，迄今为止，这些电池是不可再充电的并且已知会爆炸成火焰。这两个特征源于锂金属和电池电解质之间发生的反应。该反应不仅产生增加电池电阻并降低循环寿命的化合物，而且还在阳极上形成苔藓锂金属凸块，这导致短路。短路会产生高热量并点燃易燃电解液。通常，为使这些电池更安全而采取的措施会降低其能量性能。新一代锂金属电池通过改变电池内部的材料来解决这个问题，以改变化学本身。

锂金属箔阳极

为了增加能量容量，SolidEnergy采用非常薄的高能锂金属箔代替传统的阳极材料石墨。由于锂金属保持的离子数量增加，这使能量密度加倍。此外，使用比传统锂金属阳极薄五倍且比传统石墨，碳或硅阳极薄几倍的超薄锂金属箔–研究人员已将电池尺寸减小了两倍。2015年10月推出的新电池的第一个工作原型尺寸仅为iPhone6的锂离子电池的一半。它提供2.0安培小时，而锂离子电池提供1.8安培小时。这次成功的首次亮相为公司赢得了1200万美元的投资。

可充电和安全的锂金属电池

采用超薄锂金属箔作为阳极，以显着减小电池尺寸。然而，所实现的电池仅在80摄氏度或更高的温度下工作，并且不能用于许多商业应用中。

锂金属电池通常比锂离子电池更易挥发和短寿命。为了获得可充电和安全的解决方案，该公司不得不对电解质进行化学改性。他们的解决方案是开发固体和液体混合电解质。利用固体电解质作为锂金属箔的涂层，使电池的工作温度降低。此外，还有一种新型的准离子液体电解质，它不会燃烧，不会与锂金属发生不良反应。结果是在室温下提供锂离子电池的能量容量并且具有锂离子电池的安全性和寿命的电池。

制造可扩展性

另一个令人印象深刻的特征是制造这些电池所需的制造设备与锂离子电池相同。这意味着它们可以相对快速地商业化获得。实现这种制造能力实际上是一个影响设计的环境故事。当胡锦涛于2012年建立SolidEnergy时，麻省理工学院电池初创公司A123正在申请破产，该公司一直致力于开发锂离子电池。起初，这对SolidEnergy来说是令人生畏的。然而，最终使用A123当时闲置的生产线来制造第一代锂金属电池。

锂金属电池的发展

由于SolidEnergy没有设施，没有资金，也没有建造电池的实验室，因此该公司被迫采用现有的锂离子制造设备进行原型设计。最终结果是使用商用工具制造的新技术。许多电池公司的做法恰恰相反，主要集中在材料上，并根据他们将要使用的材料建立自己的实验室。由于他们使用全新的制造工艺进行原型制造，因此他们的电池不能轻易地适应商业生产线。

目标市场：从无人机开始

SolidEnergy在2017年初为智能手机和可穿戴设备销售电池以及2018年推出电动汽车时具有极其激进的时间表。该公司的第一个目标是他们的目标是在今年11月覆盖的无人机市场。考虑到一些公司越来越有兴趣使用无人机和气球?为农村地区提供互联网接入，SolidEnergy计划为无人机应用提供其首个系列电池。为无人机应用销售电池可能是将新电池推向市场的好策略。请注意，有些电池公司因为松下这样的电池供应商而失败，例如，它与电动汽车制造商特斯拉签订了价值数十亿美元的合同。然而，最近不断发展的专业无人机市场可以让SolidEnergy有机会吸引其他客户的注意力并将该技术推向市场。不幸的是，该公司尚未公布许多细节，例如电池的每千瓦时成本。但是，如果技术进入市场，它将产生巨大的社会影响。例如，现在一次充电200英里的电动汽车每次充电可以行驶400英里或者将电池尺寸和重量减少两倍。简而言之，这些电池可以改变世界对能源的看法。随着锂金属电池的制造和投资，我们可能不久就会发现新的电池技术。