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全聚合電池:生產成本降低90%,安全性大幅提升

鉅大LARGE  |  點擊量:79次  |  2020年08月31日  

摘要
鋰離子電池如今是科技世界里的主角,在我們的日常生活中,從手機、電腦到當下炙手可熱的智能電動汽車,都離不開鋰離子電池為它們提供驅動力。曾任日產電動技術開發負責人的堀江秀明(Hideaki Horie)在

鋰離子電池如今是科技世界里的主角,在我們的日常生活中,從手機、電腦到當下炙手可熱的智能電動汽車,都離不開鋰離子電池為它們供應驅動力。曾任日產電動技術開發負責人的堀江秀明(HideakiHorie)在推動鋰離子電池的商業化進程中功不可沒,如今,他研發的全聚合物電池可以將電池的大規模生產成本降低90%,且安全性得到大幅提升。


堀江秀明在2018年自立門戶,成立了ApB公司,總部位于東京,旨在制造“全聚合物電池(all-polymerbatteries)”,公司名稱也由此而來。今年年初,該公司獲得了一批日本公司的資金支持,其中包括大林組株式會社、工業設備制造商橫河電機和碳纖維制造商帝國人造絲。


堀江秀明表示,“目前鋰離子電池的生產過程中存在的問題是,整個制造過程的復雜程度幾乎趕上了半導體這類精密儀器,而我們的目標,是將它的制造過程簡化,更像鋼鐵生產?!?/p>

每一節電池的生產都要在無塵的條件下進行,同時利用氣閘來控制濕度,并保證持續的空氣過濾和嚴格的精度來防止高活性材料的污染。這一系列操作都造價不菲,以至于韓國LG化學、我國寧德時代和日本松下等少數優秀公司會花費數十億美元去建造一個合適的電池廠。


堀江秀明所研發的全聚合物電池將傳統鋰離子電池的兩大基本部件——金屬內襯電極和液體電解質都用樹脂結構所替代。這種方法極大地簡化并加快了制造速度,整個生產過程就像“為面包抹黃油”相同簡單。10米長的電池板可以“像座墊相同”相互堆疊。重要的是,樹脂電池在穿刺時不會有起火風險。


雙極結構全聚合物電池技術


全聚合物電池(右)將傳統電池(左)中液態電解質和金屬電極用聚合物取代,每一節電池的正面和背面由高分子聚合物電流收集器構成,且各有一個電極來構成單節電池外殼的一部分。將若干個這樣的電池堆疊在一起,就形成了具有雙極結構的電池組,出現垂直于電極平面的電流。


由于采用了雙極性結構和聚合物成分材料,電池制造所需的零部件少了,因此,全聚合物電池在電池的尺寸和形狀上具有很高的靈活性,這將有助于我們制造更厚的電極和更大的電池。


ApB最大投資方之一的三洋化學總裁兼CEO安藤隆夫表示:“全聚合物電池具有不易起火、不會因鉆孔或切割而損壞、尺寸和形狀具有高度靈活性、制造成本低等特點,將為創造可持續發展的社會做出貢獻”。


先專注于非汽車領域


今年三月份ApB籌集了80億日元(人民幣5.2億元),雖然從廣泛的行業標準來看,這個數字不大,但足以為一家明年開始大規模生產的廠供應全套設備。堀江秀明估計,這筆資金可以使他的廠在2023年達到1千兆瓦時的產量。


鋰離子電池自三十年前首次商業化以來,已經取得了長足的進步。與10年前相比,它們的壽命更長、功率更大、成本降低了85%,成為推動智能手機和平板電腦上升的主力軍,其內部功能越來越強大。但安全問題仍然存在,從特斯拉汽車到波音夢幻飛機和三星手機的幾起起火事故來看,電池都是罪魁禍首。


“僅從物理學的角度來看,鋰離子電池簡直人類創造的最好取暖器?!避ソ忝髡f。在傳統的電池中,一次電池穿刺會出現數百安培的浪涌電流,是普通家庭用電電流的數倍。溫度會飆升至700攝氏度。ApB的電池通過雙極設計,防止了這一災難性的情況,摒棄了現在的電力瓶頸,讓電池的整個表面都能吸收電流。


但該技術并非完美無瑕,因為聚合物不像金屬那樣具有導電性,這可能會大大影響電池的承載能力。雙極設計的一個缺點是每節電池只能背對背串聯,更難對單節電池進行控制。成本的降低也不足以與現有鋰離子電池相抗衡。在未來15年甚至更久,液態電解質的鋰離子電池仍將是主流,雖然它并不完美,又很貴。


堀江秀明也承認ApB無法與電池巨頭競爭,因為后者投資了數十億,受益于規模經濟。因此,ApB不會瞄準汽車領域的“紅?!?,而是會首先專注于建筑、辦公室和發電廠。到2025年,電池市場在全球范圍內的價值將達到1,000億美元,是去年規模的5倍多。僅美國和我國在此期間可能會上升10倍,達到70億美元,成為儲能需求上升的重要來源。


堀江秀明的電池生涯


現年63歲的堀江秀明在鋰離子電池誕生之初就開始了他的職業生涯。1990年二月,在他任職日產的早期,就開始了對電動汽車和混合動力汽車的研究。幾周后,索尼公司宣布計劃將鋰離子電池商業化,震驚了押注鎳氫技術的業界。而堀江秀明看到了這一前景,并在同年推動兩家公司聯合開展研究工作。


到了2000年,在日產決定放棄電池業務時,堀江秀明成功勸說戈恩投資電動汽車領域,這才有了日后稱霸電動汽車領域10年之久的日產Leaf。堀江秀明在日產工作時就提出了全聚合物電池的想法,但沒能得到公司的支持,無法實現。2012年,他在東京大學任教時,三洋化學工業株式會社找到了他,共同開發了世界上第一塊使用導電凝膠聚合物的電池。2018年,堀江秀明創立了ApB,三洋化學成為他的早期投資者之一。


堀江秀明表示,ApB已經敲定了第一個客戶,是一家大型日本公司,該公司的產品重要銷往海外,具體細節最早會在今年八月份公布?!斑@證明了我們的電池是可以大規模量產的,”堀江秀明說?!拔覀冋谧尰瘜W重新成為主角,電池制造商將只是一個組裝商?!?/p>

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