单体能量密度远超特斯拉，详解24M的双电解液动力电池技术

在特斯拉紧锣密鼓组建超级电池工厂之时，由华裔科学家蒋业明创办，隐身4年的半固态电池公司24M高调出山，4轮融资总计超7000万美元（约4.9亿人民币），其生产的锂电池单体能量密度达到了350Wh/kg。
　　本文整理外媒报道，详细拆解24M的双电解液动力电池技术。
　　一、全新双电解液锂电池
　　近日，美国24M公司宣称：今年4月28号，在佛罗里达州举办的国际电池研究展览会上，他们将向公众展示一种全新的、高性能低成本的“双电解液锂电池”。
　　为了解双电解液电池的优点，我们不妨先看看传统电池。
　　一般的电池，仅有一种电解液在两极间发生化学反应，反应生成的阴阳离子在电解液中流动以平衡两边电势差。然而，在反应过程中，两电极处会聚集越来越多的阳/阴离子，形成极高的反压差，阻止反应继续进行，这个问题被称为极化反应。
　

　　▲阴阳极区各自有不同的电解液
　　而这种新型电池，阴极区和阳极区各有一种电解液，各自参与反应，两种液体由一种非渗透电池隔膜隔开，两边液体不互通，电势差由外部盐桥离子的流动来平衡，而电子通过外部电路形成电流。这样，阴阳离子并不会在电极处大量聚集，从而有效地避免了极化反应。因此，这种双液电池的放电持续时间更长，副反应更少，整体电能效率更高。
　　基于双电解液技术，24M公司的锂电池单体能量密度达到了350Wh/kg，安全性、充放电循环寿命进一步提高，成本也大幅降低。
　　二、半固态电极平台
　　24M公司能做到这个地步，双液技术仅是一部分，其独有的 “24M半固态电极平台”也功不可没。
　　

　　▲左侧为24M半固态电极，右侧为传统锂电池电极，可见半固态电极消除了很多非储能结构24M公司CEO Rick Feldt（瑞克·费尔特）说：
　　“24M 半固态电极平台是双液系统的基础，它极大地提升了整体生产效率，也开拓了全新的电池单体设计、电化学反应。不仅如此，24M的半固态单体结构还能消除全固态电池中尚未解决的“界面问题”——即固态电极液和固态电极间无湿润性，两界面难以充分接触，组分又相互扩散，导致电池内阻急剧增大，电池寿命极低的问题。”
　　“24M公司正在与数个世界顶级制造商合作，我们已经证明了这种设计能够兼顾产能和生产收益。”
　　“使用这种半固态电极平台+双电解液技术，我们无疑已经颠覆了锂电池行业。不仅如此，这种技术还扩大了电解液的选择范围，我们希望这种技术能成为行业所有公司的发展方向，在4.28号国际电池研究展览会上，Naoki（直树）将引导大家讨论研究，包括纯水等其他迄今为止尚未被试验过的材料。”
　　对此，日本伊藤诚贸易公司总经理Koji Hasegawa对24M赞扬道：
　　“归功于24M公司在固态离子和半固态电极上面的成就，这种独特的设计，在锂电池性能提升愈发困难的今天，为锂电单体和电化学反应的设计提供了全新的思路。”
　　三、相较于传统电池的优势
　　据《中国制造2025》规划：到2020年，中国动力电池单体能量密度要达到300Wh/kg；到2025年，单体能量密度达到400Wh/kg。
　　目前市面上，代表中国锂电技术最高水平的宁德时代NCM811电芯，单体能量密度在270-280Wh/kg左右。而特斯拉所用的松下2170电芯，是已量产装车的最高单体能量密度电芯，为260Wh/kg。
　　可见，传统锂电池的发展已经非常困难。在保证电池安全的前提下，提升能量密度非常缓慢，提升的成本也越来越高，而300Wh/kg，是行业专家预测传统锂电池的单体能量密度极限。
　　相较于传统电池，24M公司这种双电解液半固态电池目前已经达到了350Wh/kg单体能量密度。据称，24M公司下一步目标是将单体能量密度提升至400Wh/kg，这已是中国2025年的发展目标。
　　不仅如此，由于半固态电极平台采用了全新锂电池单体结构，60%以上的非储能材料被去掉，结构更加简单，在电池充放电循环中，内阻力更小，循环寿命大大改善。以目前电动车电池平均1000次的充放电循环寿命来说，这种新电池的循环寿命可以提升7倍。
　　这对纯电动车企及用户，无疑是一个福音。