日本发明新技术：锂离子电池量产成本可降90%

锂离子电池在科技界扮演着核心角色，为智能手机和智能汽车等各种设备提供动力。日本一位电池开发者表示，他有办法将锂电池的量产成本降低90%，与此同时显著提高其安全性。

曾负责日产汽车(Nissan Motor Co.)电池研究的堀江英明(Hideaki Horie)于2018年成立了总部位于东京的APB公司，以生产“全聚合物电池”。

此前，日产汽车已向APB公司许可了一项先进技术，以生产这种电池。日产汽车于1990年代初开始研发锂离子电池，于1997年推出了Prairie Joy EV，并成为在商用电动汽车中安装锂离子电池的先驱。

今年早些时候，APB公司获得了包括建筑商大林组株式会社(Obayashi Corp.)、工业设备制造商横河电机株式会社(Yokogawa Electric Corp.)和碳纤维生产商帝人株式会社(Teijin Ltd.)在内的一批日本企业的支持。

今年3月，APB筹集了80亿日元(合7400万美元)，虽然这笔钱显得有些微不足道，但足以为一家拟于明年开始量产的工厂提供全套设备。堀江英明估计，其位于日本中部的工厂至2023年装机容量将达到10亿瓦时。

成本更低 容量更大

“现在制造锂电池的问题在于，它的器件生产类似于半导体，”堀江英明在接受采访时表示，“我们的目标是使其更像钢铁生产。”

电池基本单元——电池芯的制造是一个复杂的过程，需要在洁净室条件下完成——需要控制湿度、持续的空气过滤，以防止高反应性材料受到污染。条件如此严苛，以至于像韩国的LG化学、中国的宁德时代和日本的松下电器这样的顶级电池公司需要斥资数十亿美元来建造工厂。

堀江英明的创新之处在于用树脂结构代替电池的基本组件——金属内衬电极和液态电解质，从而提高了安全性并降低了成本。他说，这种方法大大简化并加快了生产进程，就像“黄油抹面包”一样容易。

新型电池单元的正面和背面由聚合物集电器制成，正面和背面分别具有负极性或正极性，并构成电池盒的一部分。10米长的电池片可以“像座垫一样”堆叠在一起，从而增加容量。

传统电池和全聚合物电池示意图

安全性提升

锂离子电池自近三十年前首次商业化以来已经走过了漫长的道路。与十年前相比，它们的使用寿命更长，功率更大，成本降低了85%，成为推动智能手机和平板电脑内部功能越来越强大的主力军。

但是安全性仍然是一个问题，从特斯拉(Tesla Inc.)汽车到波音公司(Boeing Co.)的梦幻客机以及三星电子(Samsung Electronics Co.)的智能手机，电池一直是引起火灾的“罪魁祸首”。

堀江英明说：“从物理学角度来看，锂离子电池是人类创造的最好的加热器。”

不过，树脂电池在被刺破时具有防火性。在传统电池中，一个刺孔会产生成百上千安培的电涌，是普通家庭电流的好几倍。温度会上升到700摄氏度。而APB的电池使用所谓的双极设计，它消除了目前的电力瓶颈，并允许电池的整个表面吸收电涌，从而避免了这种灾难性的情况。

“由于发生了很多事故，安全一直是行业内的头等大事，”Wood Mackenzie储能团队高级分析师Mitalee Gupta表示。“如果该公司能够迅速扩大规模，这对于存储和电动汽车应用来说都是一个突破。”

不完美 聚焦固定电池领域

但是这项技术也不是没有缺点。总部位于加利福尼亚的咨询公司Total Battery Consulting Inc.的总裁Menahem Anderman认为，聚合物的导电性不如金属，这可能会严重影响电池的承载能力。

他表示，双极设计的一个缺点是电池芯在电池中背对背连接，使对单个电池芯的控制变得困难。他还质疑节省下来的费用是否足以与现有企业竞争。“在未来15年或更长时间内，锂离子液态电解质仍将是主要应用，”他说。

堀江英明承认，APB无法与那些已经投资数十亿美元并从规模经济中受益的电池巨头竞争。APB不会将目光投向汽车行业的“红海”，而是将业务重点放在建筑、办公室和发电厂使用的固定电池上。