下一代电池路遥途艰？

左提督

能源领域的不断拓展与应用需求的一再提升使得我们必须加紧寻找新的电池技术路径，各种电子设备与电动汽车都需要电池。不可否认，近些年电池技术在设计和安全标准方面一直在进步，但其也确实没有颠覆性的创新表现，电池技术甚至已经成为电子设备进化路径上的一大阻碍抑或短板。同时具备“容量大”、“低碳”、“安全”、“便携”等要素才是下一代电池的卖点所在，好在，固态电池是距离产业化最近的下一代电池技术，已成学界与业界的共识。

锂电池的盛宴持续

有人将晶体管与锂离子电池并列为过去百年对人类历史影响深远的两大重要发明，前者事关计算机的诞生，后者则为难以计数的各式电子设备提供能耗。上世纪70年代，第一颗锂离子电池诞生。因为较强的环境适应性、较好的安全性与较长的使用寿命，锂离子电池被广泛应用于各个领域，尤其在是智能手机与电动车辆方面，是当前市场上的主流电池产品，不管有多少新型电池的新闻爆出，实现量产、占据市场主流的依然是锂离子电池。在知名研究机构Navigant Research发布的锂电池企业竞争力排行榜上，LG化学、三星SDI、比亚迪、松下、韩国Kokam、东芝、帅福得、瑞士Leclanché、加拿大Electrovaya、宁德时代位列前十，韩国企业排名靠前，三家中国企业亦表现优异。数据显示，中国生产了全球一半以上的锂离子电池，据中国化学与物理电源行业协会的统计，近两年中国锂离子电池产量与销售收入均保持10%以上的增长速率。中国也已超过美国，成为全球最大的动力电池应用市场。

然而不容回避的一个事实是，作为现代高性能电池的代表，今天的锂电池与二十多年前首款商用锂离子电池的技术并无根本上的差别。1991年，索尼公司所推出的可反复充电的锂离子电池让移动时代不虞有能耗之烦恼。智能手机、平板电脑以及后来的各式可穿戴设备的快速发展迭代，让企业一直致力于如何进一步优化组合锂离子电池的体积与容量，但能量密度的有限让再多的优化方案万变未离其宗，且终有力有不逮之时。

此外，传统液态锂离子电池已统治动力电池市场十年，愈演愈烈的新能源汽车革新浪潮需要更加安全稳定、续航能力出众的锂电池，但各家车企都不得不委婉地承认，目前无论哪一款电动汽车的锂电池技术都还有相当可观的可提高空间，电动汽车的“续航里程焦虑”“安全焦虑”“充电焦虑”问题迟迟未解。消费者的担忧并非毫无缘由，“并非我不关心环保，但我可不希望因为电池耗尽而卡在郊外的公路上。”

这也难怪有人感叹，锂电池用了十余年时间就一步步取代了镍电池成为主流，但可取代锂电池的创新性成果及产业化可能就需要更加漫长的时间了。而若换一个角度来看，锂离子电池的技术时刻都有微小的进步，锂电产业链的良好前景还可保持相当长时间，这也不算坏事，新技术开发所需要的必然时限会让其从容实现转向再发展。

概念不乏变现多艰

能源问题的重要性被一再提及，储能产品的研发却未见明显提速，下一代电池何时粉墨登场牵动各方心绪。按照业界人士的说法，“储能是一项可解决重要问题的、极具挑战性的突破性技术，而电池储能在未来清洁能源发电中将起到不可忽略的作用。”

电池领域其实并不乏火热的概念，氢燃料电池、石墨烯电池、质子电池、全固态电池……各式新型电池的新闻不时刷屏。每一款新概念电池初始都会宣称能够延长电池寿命且缩短充续时间，体积适宜还安全无虞，但最终都被证实并没有实现真正意义上的突破，争议从未间断，想要达到正式商用的產业化尚有一段距离。

产能结构性过剩使得电池行业的洗牌一轮接着一轮，加大研发力度推出更具核心竞争力的创新型产品方能在激烈竞争中存续下去。未雨绸缪，国内外企业已经开始积极投身全固态电池的技术研发，因其有着更高的能量密度与安全性能，循环寿命较长，自然比现时的传统产品更具优势。以一款卷发棒赚足眼球的科技业巨头戴森也寄望在固态电池领域有所作为，不但以近亿美元收购了固态电池公司Sakti3，还与三星等企业一起向在固态电池方面有不俗表现的初创公司Ionic Materials投资数千万美元。这期间车企的表现尤其抢眼，曾让特斯拉黯然失色的Fisker宣称正在开发充电1分钟行驶500公里的固态电池;与特斯拉电池供应商松下携手的丰田一边宣传要加大氢能源研发力度，一边表示将在数年后实现全固态电池的实用化，日产与本田也已加入进该计划中;宝马正与Solid Power合作开发下一代电动车用固态电池;大众向拥有200多项固态电池技术专利和专利申请量的电池技术公司Quantum Scape投资1亿美元，还计划与其合资力争在2025年建成固态电池生产线……一方面是各家企业的高姿态，另一方面围绕固态电池的专利战早已打响。数据显示，截止去年第三季度，固态电池领域的公开专利数为1926件，其中全固态电池领域的专利数为371件;最显眼的表现仍属车企，丰田拥有252件固态电池专利，遥遥领先其他各方。这场全球范围的企业布局卡位竞争中，尽管技术难题众多，大规模量产不易，但各方都持乐观态度，“技术上步步为营，应用上梯次渗透”，固态电池的推进路径已然明晰。

有观点不无诙谐地表示，“如果说磷酸铁锂电池是‘过去’（实则其市场占比依然不小），三元锂电池是‘现在’，那么固态电池就是‘未来’。”但也存在对固态电池持保留态度的机构，德国能源与气候研究院曾发出提醒：固态电池的充电效率与当前的锂电池差别不大，固态电池的使用寿命也并未与当前的电池技术拉开明显差距。

消弭误区再谈发展

电池技术是应对能源、交通以及气候变化等全球性问题的关键环节，更偏重绿色环保属性，一次电池向蓄电池转化，更小、更轻、更薄是电池行业发展的三大特点，但“如果没有特殊的爆发诱因，至少最近5年，人们很难看到真正成熟的革命性电池技术。”

“电池技术的滞后制约着很多技术的发展”，这是一个看似正确，实则不算完全客观的论断。抛开对电子设备的其他使用感受，几乎每个人都对设备所采用的电池使用时间难说满意。虽然我们可以吐槽现在的电池产品不那么经用，无比期待更加优秀的电池产品，但一个事实是之所以有这样的矛盾产生，并非电池产品本身不够给力，而是当代的各种设备功能更加强大也更加耗电了，按照《科学美国人》杂志的说法，“如果你把一部现代的iPhone手机的电池放到一部1995年的手机上面，其一次充电就够用满一年。”也就是说，一代代电池产品其实正变得越来越好，只是还赶不上各种设备的能耗高需求而已。

所以，在发出“除了电池以外，每项技术都在随着时间的推移而进步！为什么就没有人能发明一种更好的电池呢？”这样的抱怨之前，不妨正视，最近数十年来，世界各国的研究者一直在新型电池技术研发领域着力，也在充电效率、电池容量、发热冷却等方面取得了不少成果，也许，下一代电池技术的商用曙光出现并不会太过遥远。