李嘉文
不僅電子設(shè)備的屏幕可以彎折,里面搭載的電池現(xiàn)在也可以彎折了。
創(chuàng)建于2007年的輝能科技已經(jīng)研制出了這種可以彎折的電池。自2012年起,這家公司已獲得了軟銀中國(guó)的多輪投資。創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官楊思枏告訴《第一財(cái)經(jīng)周刊》,這款電池目前已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段,而且和一些消費(fèi)類、汽車類的品牌廠商達(dá)成了合作。
本質(zhì)上,輝能科技研發(fā)的是一種固態(tài)電池?,F(xiàn)階段我們?cè)谏钪衅毡榻佑|的電子設(shè)備,如手機(jī)、筆記本電腦所采用的“鋰電池”,全稱應(yīng)該為“鋰離子電池”,這種電池一般至少由正負(fù)極、隔膜、電解液3個(gè)部分組成。正負(fù)極浸潤(rùn)在電解質(zhì)(液態(tài))中,鋰離子以電解液為介質(zhì)在正負(fù)極之間運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)電池的充放電。為避免正負(fù)極通過電解液發(fā)生短路,需要用隔膜將正負(fù)極分隔。固態(tài)電池的原理與之相同,只不過其電解質(zhì)為固態(tài)。
固態(tài)電池近幾年已越來越頻繁地出現(xiàn)在公眾視野中。2015年,戴森公司以9000萬(wàn)美元收購(gòu)了固態(tài)電池企業(yè)Sakti3,并表示會(huì)投資近10億美元大量生產(chǎn)固態(tài)電池。而2016年,這家英國(guó)的家電企業(yè)又表示會(huì)出資14億美元建造一座電池工廠。當(dāng)時(shí)戴森公司并沒有透露具體細(xì)節(jié),但是外界猜測(cè)很可能還是與固態(tài)電池相關(guān)。
相比其他電池,固態(tài)電池的電解質(zhì)密度以及結(jié)構(gòu)可以傳導(dǎo)更大的電流,進(jìn)而提升電池的容量。因此,同樣的電量,固態(tài)電池的體積將變得更小,即電池的能量密度將大大提高。電池的能量密度指的是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能,電池的能量密度越大,單位體積內(nèi)存儲(chǔ)的電量越多。而總電量是電池?cái)?shù)量乘以單節(jié)電池的能量密度。一輛電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、性能、可靠性都取決于汽車的總電量,但是電池組在汽車內(nèi)所占的空間極度有限,所以這對(duì)單節(jié)電池的能量密度提出了較高的要求。
由于沒有電解液,這種電池的電解質(zhì)封存將變得更加容易,在特殊情況下就可具有可彎折的柔性。汽車等大型設(shè)備使用固態(tài)電池時(shí),不需要再增加冷卻管、電子控件等,不僅節(jié)約了成本,還能有效減輕重量。此外,固態(tài)電池還大大提升了電池的循環(huán)性和使用壽命。
當(dāng)然,固態(tài)電池最大的優(yōu)勢(shì)還在于安全性。固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì),能夠極大改善電池的安全性。液態(tài)的電解質(zhì)短路時(shí),溫度升高,可將電解質(zhì)點(diǎn)燃進(jìn)而引發(fā)爆炸,但固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā),也不存在漏液等問題,即使遇到融化、針刺、過充、短路、強(qiáng)制放電、高溫等情況,依然能夠通過安全測(cè)試。
但是,也不是所有人都看好固態(tài)電池的發(fā)展前景,比如特斯拉的CEO伊隆·馬斯克。他認(rèn)為在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),固態(tài)電池的生產(chǎn)成本都難以降至當(dāng)前鋰電池的生產(chǎn)成本水平。目前,特斯拉電動(dòng)汽車上使用的電池解決方案仍然是傳統(tǒng)的鋰離子電池,只是特斯拉用獨(dú)特的組裝技術(shù)讓其成為一組電池芯,同時(shí)又有其他措施保證電池在各類行車狀態(tài)下的安全。
固態(tài)電池本身也確實(shí)存在不足。比如它內(nèi)阻值較高,充電能量損耗較大,同時(shí)要實(shí)現(xiàn)快充也較為困難。單就充放電表現(xiàn)而言,可能在現(xiàn)有的條件下,使用固態(tài)電池的電動(dòng)車充電時(shí)間會(huì)長(zhǎng)很多,這會(huì)直接影響用戶的使用體驗(yàn)。
輝能科技的解決方案是,用鋰陶瓷替代了傳統(tǒng)鋰電池的核心部分,使得電池的正極和負(fù)極之間不再是高分子隔膜。此前,一旦這個(gè)核心部位漏液,就有發(fā)生爆炸的可能?!皞鹘y(tǒng)的電池設(shè)計(jì)中,隔膜材料達(dá)到120攝氏度到150攝氏度就會(huì)融化。融化之后電池的正極就會(huì)和負(fù)極接觸從而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)起火爆炸?!睏钏紪徴f。而固態(tài)的鋰陶瓷部分沒有這個(gè)風(fēng)險(xiǎn),安全性提升了很多,“甚至在穿刺、死折、過充的狀態(tài)下都不會(huì)起火。”這也加大了此類電池在電動(dòng)汽車上使用的可能性。
根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)今年6月發(fā)布的數(shù)據(jù),中國(guó)已超越美國(guó)成為全球最大的電動(dòng)車市場(chǎng)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,電動(dòng)車將是固態(tài)電池的主要使用場(chǎng)景。行車過程中會(huì)發(fā)生各種狀況,對(duì)車輛安全性的要求特別高,而這剛好是固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)所在。
除了電動(dòng)車領(lǐng)域,從創(chuàng)立公司開始,楊思枏就想做出一種可以隨意彎折的電池,以其利于彎折的特性去適應(yīng)更為多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景,比如手表上的腕帶、鞋底甚至是皮 帶。
在產(chǎn)品研發(fā)初期,因?yàn)殡姵氐牟牧隙际翘沾桑蓮澱鄹臼且粋€(gè)無法達(dá)到的目標(biāo)?!拜x能的固態(tài)電池剛剛做出來的時(shí)候就跟巧克力脆片一樣,非常脆,一折就 斷?!?/p>
當(dāng)時(shí),輝能科技只有十幾個(gè)員工。楊思枏帶領(lǐng)這些人花了大約一年半的時(shí)間集中攻克這個(gè)問題。在多次嘗試后,他突然想到既然陶瓷“堅(jiān)硬易脆”的特性無法改變,那就干脆讓它們自然斷裂,變成一個(gè)一個(gè)小塊,類似于一段鏈鎖,看似分裂實(shí)際上依舊連在一起,而承載的功能和整塊陶瓷相似。有了這個(gè)想法之后,他和團(tuán)隊(duì)前后做了多次實(shí)驗(yàn),最終把樣品做了出來。實(shí)現(xiàn)可彎折之后,商業(yè)前景也更大了,一些消費(fèi)類的可穿戴設(shè)備制造商都成為輝能潛在的合作伙伴。
對(duì)于外界所詬病的內(nèi)阻值較高的缺點(diǎn),楊思枏表示,輝能科技生產(chǎn)的固態(tài)鋰電池芯的內(nèi)阻值能夠降到一般液態(tài)電池的水平,充放電表現(xiàn)也得到了提升,2分鐘可充近60%電量,30分鐘可充82%電量。
一項(xiàng)新產(chǎn)品要從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)?;a(chǎn)并不是簡(jiǎn)單的事。講到電池的量產(chǎn)過程,楊思枏認(rèn)為自己過往的經(jīng)驗(yàn)和一個(gè)強(qiáng)有力的執(zhí)行團(tuán)隊(duì)是規(guī)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵。從臺(tái)灣大學(xué)化工系畢業(yè)后,他在鴻海等公司做過多個(gè)崗位的工作,從材料端到產(chǎn)品,再到設(shè)備和制造。
為了迅速擴(kuò)大規(guī)模,輝能科技甚至采用了更彈性的合作方式。未來它甚至可以和電池制造廠商直接合作,為它們提供電池芯中最為核心的部件—電極層?!熬拖裥酒陔娔X一樣,我們可以生產(chǎn)‘極層,供其他電池廠制作電池芯。”楊思枏說。