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改善锂离子电池的五种途径

通常设计和生产的锂离子电池是否接近其性能极

限？一篇新的报导提供了五种改进途径。

技术业务咨询公司IDTechEx发表了一篇被称为

《2022-2032先进锂离子电池与超越锂电池：技术、参与者、

趋势、市场》的报稿，该报稿由储能技术专家AlexHolland

与XiaoxiHe编写。根据合著者的观点，在文章中总结了五

个关键点：“目前锂离子电池的迭代是基于石墨阳极、液体

电解液以及镍钴锰和磷酸铁锂等阴极材料，一般被认为达到

了电池性能的极限。然而，从电池材料到电池设计，仍然有

几个途径可以进一步提高性能和成本。”

从石墨到硅的转变

硅阳极有望显著提高能量密度和性能，为现有石墨

阳极提供了令人兴奋的替代品。尽管材料硅在阳极中的

使用量很少，小于5wt%，但由于其固有的体积膨胀以

及由此产生的稳定性和循环寿命问题，很难超越其作为

添加剂的用途。

然而，硅阳极技术已经在过去10至15年稳步改进，

允许电池可以在阳极中使用5-100%的硅。

2022年的发展突出了对该技术的兴趣，包括

Nexeon向SKC筹集2亿美元资金和许可材料，安普瑞

斯（Amprius）决定上市，Group14Technologies的4亿

美元融资回合，以及POSCOHoldings收购TeraTechnos。

此外，安普瑞斯交付了450Wh/kg的商用电池用于卫星，

然而2021年9月发布的Whoop4.0健身穿戴设备利用

了SilaNano的硅阳极技术。

结合这些发展，随着硅阳极市场在各种应用中的采

用可能性越来越大，硅阳极市场也愈发成熟。例如，

IDTechEx预测硅阳极材料的使用将大幅增长，尽管预计

到2030年石墨仍旧占据主导地位。

阴极合成的新方法

未来的锂离子电池可能会使用今天市场上可买到

的类似阴极材料。改善阴极材料通常是循序渐进的。

相反，阴极技术和创新的最大转变可能源于它们的

合成方式。目前的合成技术需要在相对较长的时间段

（天）内高温，同时也需要使用大量试剂和水，导致高

制造成本和环境影响。NanoOneMaterials与6KEnergy

这两家公司的目标是将合成阴极材料的新方法商业化。

NanoOneMaterials利用基于溶液的‘one-pot’方法

来生产涂层阴极材料。该公司与阴极制造商Pulead合

作，并于2022年初与巴斯夫（BASF）签订了开发协议。

6KEnergy利用微波等离子体反应堆来生产其阴极

材料，尽管他们也能够合成硅阳极和固体电解质材料。

6KInc于2022年5月在D轮融资中完成了1.02亿美元

的交易，并与锂生产商Albemarle和阴极初创公司Our

NextEnergy签订了开发协议。

NanoOneMaterials与6KEnergy都有望简化生产流

程，以提高吞吐量、产量、更低的制造成本以及减少对

环境的影响。

固态电解质与新型电解质配方

虽然固态电解质引起了人们对电解液技术的极大

关注，但使用新型添加剂和电解质配方可以不断改进液

体电解液系统。例如，NewDominionEnterprises正在研

发基于磷腈和磷氮化合物的电解质添加剂和溶剂，以提

高安全性和性能。具体来说，其电解质添加剂材料可以

提供热稳定性，降低蒸汽压和改善SEI的形成。从长远

来看，该公司的目标是用他们的电解液系统完全取代传

统使用的有机溶剂，并有可能显著提高安全性。

然而，对于许多电动汽车制造商来说，最重要的电

池技术仍然是固态电池，可以通过固态电解质代替当前

使用的易燃液体电解液，从而大幅提高安全性。此外，

固态电解质还提供了使用锂金属阳极的潜力，能量或可

超过1000Wh/l。2031年，固态电池市场有望增长至80

亿美元以上，液体电解液仍旧是市场中的重要部分。固

态电解质系统的稳定性、循环寿命、可制造性，甚至在

安全性方面的挑战意味着不同电解质系统之间的竞争

仍在继续。

节省空间的电池组

特别是对于电动汽车，电池组的设