中國儲能網(wǎng)訊：日本第63屆日本電池研討會研討會上最為引人注目的是鈉（Na）離子電池（NIB）的發(fā)展。其背景源于中國和歐洲的鋰（Li）離子可充電電池（LIB）生產(chǎn)擴(kuò)大勢頭迅猛，致使Li供不應(yīng)求，結(jié)果導(dǎo)致碳酸鋰的期貨價格飆升至2020年價格的10倍以上，且預(yù)期仍會持續(xù)上升（圖1）。碳酸鋰的價格飆升曾在2017年前后發(fā)生過一次，然而與本次相比，當(dāng)年的漲價不值一提。本次碳酸鋰價格居高不下，對未來的LIB價格將會帶來巨大影響。
鑒于以上背景，研發(fā)工作轉(zhuǎn)向NIB便顯得十分自然。NIB基于Na，這是幾乎取之不盡、用之不竭的資源，在地球上任何地方都能廉價購入。
日本研究的3個空白領(lǐng)域
而另一方面，電池研討會上也出現(xiàn)了幾個令筆者擔(dān)憂之處。除了NIB以外，日本電池研發(fā)的方向已明顯偏離了近期的全球技術(shù)趨勢。
具體而言，目前全球電池發(fā)展趨勢有三大方向，即（1）無陽極電池，（2）磷酸錳鐵鋰（LMFP）基LIB，（3）同時采用兩種電池的“雙化學(xué)電池”，而日本在這三個領(lǐng)域的研究發(fā)表寥寥無幾。關(guān)于(1)和(2)的演講屈指可數(shù)，其中一個還是由臺灣的制造商所發(fā)表的。關(guān)于（3）則更是幾近于零，非要算的話，（2）的發(fā)表當(dāng)中有一篇是將三元系Ni-Mn-Co（NMC）材料與LMFP在材料層面上進(jìn)行混合的嘗試，勉強(qiáng)可以算上。
低成本生產(chǎn)超高能量密度電池成為可能
（1）是一種高能量密度的可充電電池，直接采用金屬Li或金屬Na等高純度金屬作為負(fù)極。之所以被稱為“無陽極”，是因為該電池在生產(chǎn)過程中，陽極幾乎只有集流體，而活性物質(zhì)Li和Na只存在于陰極材料和電解液中。換言之，這種電池是在完全放電的狀態(tài)下制造的，陽極只有在電池充電后才會形成。
其原因在于金屬Li和金屬Na均具備高度反應(yīng)性，難以處理?！盁o陽極”之外的一般制造方法均需要高水平的干燥室，而無陽極電池的Li和Na是以離子形式存在于材料中的，因此不需要如此大規(guī)模的設(shè)備，而且陽極部分除了集流體以外均無需制造，大大降低了生產(chǎn)成本。舉個例子，金屬Na屬于危險金屬，然而食鹽（NaCl）卻十分安全，由此便可理解二者間的區(qū)別。
但一般而言，無陽極電池存在充放電循環(huán)壽命較短的問題。無陽極電池沒有額外的Li，因此當(dāng)一部分Li在反復(fù)充放電循環(huán)后，無法再作為活性材料發(fā)揮作用，電池容量就會減少。無陽極電池還存在一個老生常談的問題，即枝晶（dendrite）問題。
據(jù)了解，美國的幾家初創(chuàng)企業(yè)多年來一直致力于解決上述問題，最近電池的循環(huán)特性似乎有了明顯改善。與之相比，日本的開發(fā)僅限于少數(shù)研究室，且才剛剛起步，仍處于基礎(chǔ)研究階段。
CATL領(lǐng)跑LFP技術(shù)
（2）當(dāng)中的LMFP基LIB（以下簡稱LMFP）正逐漸成為主流，特別是在中國。該技術(shù)旨在通過用錳（Mn）取代磷酸鐵鋰（LFP）系LIB當(dāng)中的部分鐵（Fe）原子，改善LFP一直存在的能量密度低的問題。引領(lǐng)該技術(shù)開發(fā)的，正是中國的寧德時代新能源科技（CATL）。寧德時代正以LFP橫掃電動汽車（EV）蓄電池市場，而且其下一代技術(shù)也馬上就要實現(xiàn)應(yīng)用。
除了寧德時代，中國的比亞迪和國軒高科也正積極進(jìn)行LMFP的研發(fā)。然而，要改善LMFP的充放電循環(huán)特性也并非易事。比亞迪在2013年最先開始研發(fā)，卻在2016年實質(zhì)上中止了研發(fā)。
而在2022年，寧德時代宣布將最早在年底實現(xiàn)LMFP的改進(jìn)版“LxMP”或“M3P”電池的實用化。曾經(jīng)一度有傳言說美國特斯拉的新車型“ModelY”將采用M3P電池，但后來該傳言被否認(rèn)。還有一種觀點認(rèn)為，M3P并非簡單的LMFP，而是與NMC基正極混合而成。CATL很少主動透露該技術(shù)的細(xì)節(jié)，而這一“謎團(tuán)”卻反而在中美等國成為熱議話題?；蛟S正是這一點促使比亞迪全面恢復(fù)了LMFP研發(fā)。
CATL稱，M3P的價格范圍將與現(xiàn)有LFP基本持平，而其重量能量密度將從LFP的約180Wh/kg提升至約210Wh/kg。寧德時代如今已經(jīng)引領(lǐng)了電動車蓄電池市場，如果在這項研發(fā)上再領(lǐng)先于日本，那么日本制造商就更難以望其項背。
采用2種電池的“混合動力”汽車登場
對于最后的（3）戰(zhàn)略，寧德時代同樣在積極推進(jìn)，而美國的一些初創(chuàng)企業(yè)中也出現(xiàn)了將（1）的無陽極電池與LFP相結(jié)合的案例。這正是美國OurNextEnergy（ONE）公司的戰(zhàn)略，該公司也在和德國寶馬展開合作。
美國初創(chuàng)企業(yè)ONE與寶馬開展雙電池系統(tǒng)示范試驗
ONE在一輛電動車上搭載了LFP和無陽極Mn基LIB兩種電池，后者在將鎳（Ni）和鈷（Co）的用量壓縮到最低的情況下，實現(xiàn)了超過1000Wh/L的高能量密度。該汽車在日常通勤和城市駕駛時主要使用LFP，而在長途駕駛等少數(shù)情況下則同時使用無陽極電池。
ONE的“雙化學(xué)”車載電池組
據(jù)稱其續(xù)航距離為600英里（約1000km）
（來源：OurNextEnergy）
這樣做的好處在于，日常情況下可以不使用無陽極電池，以維持其充放電循環(huán)特性，如此一來就可以大幅降低對電池循環(huán)次數(shù)的要求。
一般情況下，蓄電池很難同時實現(xiàn)高充放電循環(huán)特性與高能量密度。既然如此，不如各顯其能，同時安裝循環(huán)特性優(yōu)良的LFP和能量密度更高的無陽極電池，并根據(jù)具體目的分別使用。
預(yù)計這種“混合動力”電動車的數(shù)量未來將會迅速增加。
當(dāng)然，一味追隨趨勢變化也絕非良策。日本電池討論會畢竟只是學(xué)術(shù)研究的發(fā)布場所，沒有上述技術(shù)的應(yīng)用案例發(fā)表或許也不足為奇。但如果連制造商都與全球趨勢脫節(jié)，那么日本電池技術(shù)的未來或?qū)⒆呦蛑涟禃r刻。
