斯坦福教授崔屹:

硅负极锂电池快速走向产业化

2017-10-13期05版

2016年,美国权威学术杂志《科学》发表长篇通讯,专门介绍崔屹和他对硅负极锂电池发展作出的开创性贡献。崔屹日前接受新华社记者专访时说,硅负极锂电池正快速走向产业化,预计10年内是锂电池主流发展方向。

崔屹曾先后在中国科大、哈佛大学、加州大学伯克利分校学习,2005年到斯坦福工作。他的一个主要研究方向是利用纳米技术提高电池的性能。在这个领域,崔屹面临着松下、三星、苹果以及特斯拉等知名企业科研团队的强力竞争,但正如《科学》通讯文章所言,他“依然是一支开创性力量”,对电池发展的贡献“巨大”。

当今世界,发展电动汽车已成为大势所趋,但绝大部分电动汽车的续航能力还只有两三百公里,跟传统汽车相比尚有差距。如果电池能量密度提高一倍,就可以在汽车续航能力不变的情况下,将电池体积和成本减半;或者选择保持电池体积不变,让续航能力翻倍。“那就不得了了。”崔屹说,“充一次电比燃油车开得还远。”

但是,硅负极面临的一个重大挑战,是它在充放电过程中容易破裂。借助纳米技术,崔屹在解决这个问题上做出一系列尝试,目前研制出两款硅负极电池产品,一个能量密度为300瓦时每千克,已经在中国大规模生产,并向中兴等手机生产厂商供货,其成本、循环寿命和安全性都与传统电池相当;另一个能量密度为400瓦时每千克,目前只能小规模生产,成本仍需继续降低。

“在我做了硅负极之后,这个领域成长很快,许多电池公司都在研究这个,希望利用纳米科学的办法来发展下一代锂电池材料。”他说,“我的预测是,市场上将先出现硅碳结合的负极材料,然后硅的比例越来越高,能量密度也越来越高,整个产业的发展大概需要10年时间,10年之内硅负极锂电池将是主流发展方向。”

为了更清晰地说明锂电池的未来发展,崔屹给记者列出了一个路线图:目前负极一般采用石墨,而正极采用钴酸锂、磷酸铁锂或者包括三种金属的三元材料,三元锂电池能量密度能达到300瓦时每千克;接下来的硅负极三元锂电池能量密度能提升至400瓦时每千克;再之后,金属锂做负极的三元锂电池能量密度将达到500瓦时每千克;最终,金属锂做负极、硫做正极的锂硫电池能量密度将能达到600瓦时每千克或更高一点,是现在的约3倍。

“但金属锂负极会像树一样长出枝晶,硫做正极也有不少问题,所以10年后金属锂负极电池可能会有一点,但前景还很难说,可是硅负极电池产业化是有保证的。锂硫电池要等到20年后才有可能大规模化应用,但也只是更多将应用于车,而不是消费电子领域。”他说。

(据新华社)