無負(fù)極電池能否顛覆電動汽車及智能硬件產(chǎn)業(yè)格局？

 毫無疑問，智能硬件的熱潮正在到來。倘若智能硬件必需的電池問題得到解決，智能硬件產(chǎn)業(yè)是否會發(fā)生翻天覆地的變化?從蘋果、谷歌到BAT，從國外到國內(nèi)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進(jìn)軍智能硬件市場已經(jīng)成為風(fēng)潮，甚至有業(yè)界人士認(rèn)為，2014年是智能硬件行業(yè)的爆發(fā)元年。據(jù)預(yù)測，未來兩到三年，全球智能硬件的市場規(guī)模有望達(dá)到300億至500億美元。同時(shí)，根據(jù)市場調(diào)研公司Juniper Research的數(shù)據(jù)顯示，2014年全球僅可穿戴設(shè)備市場規(guī)模就可達(dá)到15億美元以上，到2018年將達(dá)190億美元。

制約智能硬件更進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問題-電池技術(shù)，最近在美國麻省理工大學(xué)(MIT)取得革命性突破。新研發(fā)出來的“無負(fù)極電池”將顛覆沉寂了20多年的傳統(tǒng)鋰電池行業(yè)，并有望在未來1-2年內(nèi)投入使用，使得智能手機(jī)變得薄如卡片，手機(jī)待機(jī)時(shí)間和電動車?yán)m(xù)航里程翻翻，而且電池價(jià)格變得更低。

這種第三代鋰電池使用一種超薄到近乎沒有的金屬負(fù)極和更加安全的電解液。根據(jù)美國權(quán)威的獨(dú)立電池測試實(shí)驗(yàn)室A123 公司今年十月份的驗(yàn)證，它的2Ah產(chǎn)品原型的能量密度達(dá)到了每升1337瓦時(shí)(Wh/L)，這超過了目前蘋果、三星，小米和特斯拉電池能量密度的2倍，這一項(xiàng)成果突破了目前世界最高記錄，還獲得了包括美國R&D100 獎(科技創(chuàng)新的奧斯卡)和美國能源部清潔能源獎等一系列知名的科技創(chuàng)新獎項(xiàng)。

該技術(shù)由MIT的胡啟朝博士和唐納德.賽德維(Donald Sadoway)教授共同研發(fā)，在學(xué)校的孵化下，兩位科學(xué)家還帶領(lǐng)一支MIT的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)組建了麻省固體能源公司(SolidEnergy)，以促進(jìn)科技成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，并獲得了MIT相關(guān)專利的全球獨(dú)家使用權(quán)。該公司2013年獲得了450萬美金的A輪融資，投資者包括新加坡的淡馬錫等。

根據(jù)花旗銀行的最新報(bào)告，2014年全球可充式鋰電池市場高達(dá)210億美元，其中120億美元來自于消費(fèi)類電子產(chǎn)品，35億美元來自于

電動汽車。保守估計(jì)，2020年全球可充式鋰電池市場達(dá)到350億美元，包括147億美元來自于消費(fèi)類電子產(chǎn)品，100億美元來自于電動汽車，平均每年增長10%。隨著人們越來越多的使用智能硬件，實(shí)際的鋰電池市場會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)保守估計(jì)。

唐納德.賽德維教授是世界著名的電池專家，是2012 年時(shí)代周刊評選的世界最有影響力的100 人之一，他此前的電池項(xiàng)目曾經(jīng)得到微軟董事長比爾.蓋茨的支持。胡啟朝博士畢業(yè)于哈佛大學(xué)，是2012 年福布斯評選的全球30 位30 歲以下杰出科學(xué)家之一。

根據(jù)美國能源部的定義，第一代鋰電池使用石墨負(fù)極，最多能達(dá)到600 Wh/L的能量密度; 第二代鋰電池使用硅負(fù)極，最高能取得800 Wh/L左右的能量密度;第一代和第二代都屬于傳統(tǒng)的鋰離子電池。而第三代鋰電池將使用更高能量密度的金屬負(fù)極甚至做到無負(fù)極，能超過1000 Wh/L 的能量密度。

專家表示，盡管過去20年間各類技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)的體積大大縮小，現(xiàn)在新型智能手表的計(jì)算能力比阿波羅登月飛船的都要強(qiáng)大，然而最普遍的可充電電池鋰離子電池技術(shù)卻一直停滯不前。

“電動汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程在很大程度上取決于電池技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)前全球諸多電池技術(shù)的創(chuàng)新預(yù)示著這個(gè)進(jìn)程會加快，尤其是如果能出現(xiàn)顛覆性的電池技術(shù)，整個(gè)電動汽車產(chǎn)業(yè)格局和商業(yè)模式都有可能發(fā)生預(yù)想不到的變化，”，國務(wù)院發(fā)展研究中心企業(yè)研究所副所長張永偉說。

電池由四部分構(gòu)成：正極，負(fù)極，電解液和隔膜。

大部分電池公司都扎堆在正極材料的生產(chǎn)上，傳統(tǒng)消費(fèi)類電子產(chǎn)品通常使用的是高能量密度的鋰鈷氧(LCO)。正極材料的研發(fā)創(chuàng)新周期很快，一般每年都有5%的能量密度方面的提升，但這種創(chuàng)新非常漸進(jìn)和零散，而且不同的應(yīng)用和企業(yè)會選擇不同的正極。

“在負(fù)極方面，創(chuàng)新相對來說要困難很多，一般每10年到20年才有一次大的突破，這也是為什么電池由負(fù)極決定屬于哪一代，”胡啟朝博士說。

目前的負(fù)極主要是以石墨為主，優(yōu)點(diǎn)是非常成熟和廉價(jià)，缺點(diǎn)能量密度很低。在負(fù)極提供商中，幾乎沒有技術(shù)差異，主要靠降低成本來競爭。電解液方面呈現(xiàn)非常多樣和分散的態(tài)勢，但不同產(chǎn)品差異很小。隔膜方面的一些核心技術(shù)主要由日本和美國企業(yè)掌握，利潤很高，但是隨著先進(jìn)技術(shù)的推進(jìn)，他們的優(yōu)勢和壟斷地位也在逐漸消失。

為了推動電池行業(yè)的核心創(chuàng)新，SolidEnergy專注于開發(fā)新一代負(fù)極材料，并使之與不同的正極材料相匹配，為大規(guī)模普及投入使用奠定基礎(chǔ)。

“未來我們希望成為一個(gè)專注于電池負(fù)極和電解液的材料提供者，我們目前已經(jīng)和多個(gè)電池公司和消費(fèi)類電子公司，包括蘋果和三星，合作測試電池材料，”胡博士說。

“在大規(guī)模生產(chǎn)前，我們?nèi)匀恍枰鉀Q許多制造工藝的問題，比如均勻性和純度。主要的挑戰(zhàn)是要確保在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，材料仍然和實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模有同樣的純度和均勻性，”他補(bǔ)充到。

目前SolidEnergy正在積極準(zhǔn)備，如果一切順利，2015年秋季將推出消費(fèi)類電子產(chǎn)品電池材料，2016年秋季推出電動汽車電池材料，預(yù)計(jì)2016年，SolidEnergy的產(chǎn)量可以支持1000萬部智能手機(jī)和智能手表。