新合金增加一倍电池容量冷冻电子显微镜揭露锂枝晶之谜

2017-11-06 16:47:41 高工锂电技术与应用　点击量：评论 (0)

近日，锂电材料和设备企业璞泰来正式登陆上交所，再一次证明了锂电行业的热度。让人不由的感概，不愧是有42人进入胡润富豪榜的行业。与之相交辉映的是，拟启动IPO的宁德时代估值达840亿元;松下宣布投资1000亿日元

近日，锂电材料和设备企业璞泰来正式登陆上交所，再一次证明了锂电行业的热度。让人不由的感概，不愧是有42人进入胡润富豪榜的行业。

与之相交辉映的是，拟启动IPO的宁德时代估值达840亿元;松下宣布投资1000亿日元增产锂电池业务。一个是中国老大，一个是世界巨头，隐隐有一种拉开新能源竞争全球化序幕的味道。

事实上，新能源竞争全球化的趋势早就体现出来了，可以看到的就是各大新能源强国宣布禁售燃油车的时间节点，以及国内主流车企相继宣布非常详细的新能源战略规划。全球都将重点放在了新能源，2020年后，失去补贴保护的中国锂电，势必要同世界主流企业展开“厮杀”。

庆幸的是国内已经做出了应对，从2016的一系列政策调整中就能明显的感受到，国家的政策已经从普惠型向扶优扶强型转变，目的就是塑造出一批做大做强的企业来同国外巨头们竞争。而政策趋势下的市场表现就是排名前十的电池企业占据着80%的市场份额。

新能源行业竞争升级已是板上钉钉的事实，笔者相信，在这样的激烈碰撞下，电池技术也将得到巨大的进步，毕竟科学才是第一生产力，技术才是企业最核心的竞争力。笔者认为，目前最可期的就是固态电池的商业化，这也将成为各大车企逐鹿市场的杀手锏。

下面就来看看本周锂电行业都有哪些大事件和新技术吧。

1冷冻电子显微镜揭露锂枝晶之谜

锂电池最大的安全问题就是电极表面锂沉积会形成“枝晶”(dendrites)，而且它会继续生长，从而造成电池内部短路引起电池故障或可能引发火灾。但关于锂枝晶的原子结构却一直不甚了解。

而近日斩获2017年诺贝尔化学奖的冷冻电子显微镜(cryo-EM)技术，能够在低温下使用透射电子显微镜观察样品。利用该技术，研究人员捕捉到了首张原子级锂金属枝晶的图像，发现每个锂金属枝晶是一个长条状，且成型完美的六面晶体。而此前通过电子显微镜镜观察到的只是不规则形状的晶体。

研究人员还发现，在碳酸盐基电解质中的枝晶沿着一种特定方向生长为单晶纳米线。其中一些会在“生长”过程中出现打结的情况，但它们的晶体结构仍然完整的。

另一位参与此项研究的斯坦福大学博士生yuzhang li称，还能看到固体电解质界面膜(SEI)，同时还揭示了在不同电解质中形成的不同的SEI纳米结构。因为当电池充电和放电时，同样的涂层也会在金属电极上形成，所以控制它的产生和稳定对于电池的高效利用至关重要。

点评：不愧是获得诺贝尔奖的新技术，从原子的角度更清晰的解剖了锂电池的原理。事实上，现代医学就是基于显微镜的巨大进步，而很多宏观现象都能通过微观视角来解释，包括锂电池。通过该技术的描述，笔者仿佛看到了锂硫电池大规模应用的可能性，要知道，从能量密度的角度，锂硫电池远超目前的三元体系，包括即将产业化的固态电池，但就是锂枝晶死死的扼住着锂硫电池的咽喉。

2新合金可增加一倍锂电池容量

Kreder和他的团队通过简化的制造方法省去了繁琐的涂覆工艺。当锡被铸造成块时，锡能够直接加入到铝中，从而形成合金，然后可以机械地轧制(相对便宜和普通的冶金合金化工艺)成纳米结构的金属箔。最后一步，材料中的颗粒减少，这是至关重要的。

Kreder解释说：“锡可以与锂形成合金。不幸的是，如果使用锡箔或者甚至使用微米大小的锡颗粒，锡在与锂形成合金时由于体积膨胀而循环时会断裂，这意味着如果用大的锡颗粒制造电池，仅能维持数十次的充放电循环，但如果制造纳米级的锡颗粒，合金化过程中颗粒不会分裂。”

研究人员将所得到的材料称为交叉共晶合金(IdEA)阳极，他们认为其厚度仅是传统阳极材料的四分之一，而重量仅有传统材料的一半。他们在小型锂离子电池中对这种阳极材料进行测试，然后对其进行充电和放电以测量性能。他们发现，这种阳极的电量储存能力是传统铜-石墨阳极的两倍。

点评：合金的使用一直都是人类历史上最伟大的创造之一，但是化杂种为杂交，并不是一件容易的事情，尤其是动力电池这种十分讲究综合性能的产品，其成本、工艺、效率、循环等等都是需要考虑的，而容量只是其中之一，单纯强调某一性能的研究报告，在笔者看来，都是耍流氓。

3“电池医生”为动力电池快速诊断

在上海工程技术大学汽车工程学院，严晓教授带领动力电池实验室团队黄赛杰等，成功研制出这样一个“电池医生”，给“上了年纪”的新能源汽车快速准确诊断。

严晓说表示，新能源车的电池包由一节节小电池组成。将小电池视为一个单位，每一节都由BMS(电池管理系统)监管，它们及时报告自己“生病与否”。为了能听懂电池的“诉求”，团队根据厂家提供的BMS 通信协议编写程序，最终将电池信息准确翻译出来。进而，采集到电池的基础信息——电压、电流和温度等。

尽管目前研发起步阶段只能采集电池基础信息，但这就像找到新世界大门的钥匙——“只要使用正确的模型和算法，依靠它们就能得出更深一层的数据信息，”黄赛杰介绍，比如SOC(电池剩余电量)、SOH(电池健康状态评估)等一系列参考指标，从而根据历史数据预测电池寿命、评估残值。

点评：动力电池的残值确实是每个车企都非常关注的东西，花那么多钱买回的电池，才用上20%就被迫退役，搁在谁身上都心疼。如果这项诊断技术能够成熟的话，不仅对在役动力电池起到重大作用，对后续的梯次利用也极为有利，再与北理工监控平台结合的话，应该是一个比较理想的电动汽车生态。当然，这只是笔者的一厢情愿，毕竟这项技术才刚刚起步。