全聚合物电池将成本降低90%,生产过程像为面包抹黄油一样简单

Mark wiens

发布时间:2020-07-11

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全聚合物电池将成本降低90%,生产过程像为面包抹黄油一样简单大汉万户侯

更重要的是这种电池在破损时不会有起火风险,公司已经敲定了第一个客户

撰文 / 马晓蕾

编辑 / 张 南

设计 / 杜 凯

来源 / 彭博社 作者 Pavel Alpeyev

锂离子电池如今是科技世界里的主角,在我们的日常生活中,从手机、电脑到当下炙手可热的智能电动汽车,都离不开锂离子电池为它们提供驱动力。曾任日产电动技术开发负责人的堀江秀明(Hideaki Horie)在推动锂离子电池的商业化进程中功不可没,如今,他研发的全聚合物电池可以将电池的大规模生产成本降低90%,且安全性得到大幅提升。

堀江秀明在2018年自立门户,成立了APB公司,总部位于东京,旨在制造"全聚合物电池(all-polymer batteries)",公司名称也由此而来。今年年初,该公司获得了一批日本企业的资金支持,其中包括大林组株式会社、工业设备制造商横河电机和碳纤维制造商帝国人造丝。

堀江秀明表示,“目前锂电池的生产过程中存在的问题是,整个制造过程的复杂程度几乎赶上了半导体这类精密仪器,而我们的目标,是将它的制造过程简化,更像钢铁生产。”

每一节电池的生产都需要在无尘的条件下进行,同时利用气闸来控制湿度,并保证持续的空气过滤和严格的精度来防止高活性材料的污染。这一系列操作都造价不菲,以至于韩国LG化学、中国宁德时代和日本松下等少数顶级企业会花费数十亿美元去建造一个合适的电池工厂。

堀江秀明所研发的全聚合物电池将传统锂离子电池的两大基本部件——金属内衬电极和液体电解质都用树脂结构所替代。这种方法极大地简化并加快了制造速度,整个生产过程就像"为面包抹黄油"一样简单。10米长的电池板可以"像座垫一样"相互堆叠。重要的是,树脂电池在穿刺时不会有起火风险。

双极结构全聚合物电池技术

全聚合物电池(右)将传统电池(左)中液态电解质和金属电极用聚合物取代,每一节电池的正面和背面由高分子聚合物电流收集器构成,且各有一个电极来构成单节电池外壳的一部分。将若干个这样的电池堆叠在一起,就形成了具有双极结构的电池组,产生垂直于电极平面的电流。

由于采用了双极性结构和聚合物成分材料,电池制造所需的零部件少了,因此,全聚合物电池在电池的尺寸和形状上具有很高的灵活性,这将有助于我们制造更厚的电极和更大的电池。

APB最大投资方之一的三洋化学总裁兼CEO安藤隆夫表示:"全聚合物电池具有不易起火、不会因钻孔或切割而损坏、尺寸和形状具有高度灵活性、制造成本低等特点,将为创造可持续发展的社会做出贡献"。

先专注于非汽车领域

今年3月份APB筹集了80亿日元(人民币5.2亿元),虽然从广泛的行业标准来看,这个数字不大,但足以为一家明年开始大规模生产的工厂提供全套设备。堀江秀明估计,这笔资金可以使他的工厂在2023年达到1千兆瓦时的产能。

锂离子电池自三十年前首次商业化以来,已经取得了长足的进步。与10年前相比,它们的寿命更长、功率更大、成本降低了85%,成为推动智能手机和平板电脑增长的主力军,其内部功能越来越强大。但安全问题仍然存在,从特斯拉汽车到波音梦幻飞机和三星手机的几起起火事故来看,电池都是罪魁祸首。

"仅从物理学的角度来看,锂离子电池简直人类创造的最好取暖器。"堀江秀明说。在传统的电池中,一次电池穿刺会产生数百安培的浪涌电流,是普通家庭用电电流的数倍。温度会飙升至700摄氏度。APB的电池通过双极设计,避免了这一灾难性的情况,摒弃了现在的电力瓶颈,让电池的整个表面都能吸收电流。

但该技术并非完美无瑕,因为聚合物不像金属那样具有导电性,这可能会大大影响电池的承载能力。双极设计的一个缺点是每节电池只能背对背串联,更难对单节电池进行控制。成本的降低也不足以与现有锂离子电池相抗衡。在未来15年甚至更久,液态电解质的锂离子电池仍将是主流,虽然它并不完美,又很贵。

堀江秀明也承认APB无法与电池巨头竞争,因为后者投资了数十亿,受益于规模经济。因此,APB不会瞄准汽车领域的"红海",而是会首先专注于建筑、办公室和发电厂。到2025年,电池市场在全球范围内的价值将达到1,000亿美元,是去年规模的5倍多。仅美国和中国在此期间可能会增长10倍,达到70亿美元,成为储能需求增长的主要来源。

堀江秀明的电池生涯

现年63岁的堀江秀明在锂离子电池诞生之初就开始了他的职业生涯。1990年2月,在他任职日产的早期,就开始了对电动汽车和混合动力汽车的研究。几周后,索尼公司宣布计划将锂离子电池商业化,震惊了押注镍氢技术的业界。而堀江秀明看到了这一前景,并在同年推动两家公司联合开展研究工作。

到了2000年,在日产决定放弃电池业务时,堀江秀明成功劝说戈恩投资电动车领域,这才有了日后称霸电动车领域10年之久的日产Leaf。堀江秀明在日产工作时就提出了全聚合物电池的想法,但没能得到公司的支持,无法实现。2012年,他在东京大学任教时,三洋化学工业株式会社找到了他,共同开发了世界上第一块使用导电凝胶聚合物的电池。2018年,堀江秀明创立了APB,三洋化学成为他的早期投资者之一。

堀江秀明表示,APB已经敲定了第一个客户,是一家大型日本公司,该公司的产品主要销往海外,具体细节最早会在今年8月份公布。"这证明了我们的电池是可以大规模量产的,"堀江秀明说。"我们正在让化学重新成为主角,电池制造商将只是一个组装商。"

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