攻城之路：從Envia聊到鋰電池技術
2015-02-11
鋰電世界佚名6150 鋰電世界 如果你想要一款加速度體驗良好的車，特斯拉Model S絕對能滿足你。當然，像這樣的電動車不僅能夠帶來良好的駕駛體驗，相比較于傳統汽油車，它也不會對環境造成污染。但是，從電動車誕生至今，它都只是占了很小一部分市場份額。主要的原因是電動車的電池昂貴而且需要經常充電。可是，為什么電池性能一直以來都不見起色？
電池技術無法商業化
在過去的數年中，有無數的電池技術研究取得突破性的進展，但是這些當中，鮮少能夠被商業所使用，兌現低成本和多容量的承諾。比如成立于2001年的鋰離子電池初創公司A123 Systems，曾宣稱，能將鋰離子電池的磷酸鋰鐵正極材料制造成均勻的納米級超小顆粒，因顆粒和總表面面積劇增而大幅提電池的放電功率，而且，整體穩定度和循環壽命皆未受影響。但最終于2012年以失敗告終。原因是，不能夠量產它所描述的那些鋰電池，也不能安全有效地轉換電量。
2012年，位于美國加州的電池公司Envia Systems在華盛頓重大的會議上宣稱，研發出能量密集型電池，單位重量的鋰電池儲存能量是目前電池的兩倍，而且成本降低一半。通用汽車一聽說能研發如此高能電池的Envia，馬上向其投資了700萬美元，希望在電動車業務上進行合作。到了2013年，Envia都沒有兌現它所宣稱的“驚人效果”，導致失去資助資金以及通用汽車公司的合作伙伴關系。另外，這家公司也受到美國高級能源研究計劃署ARPA-E的重視。只能說，Envia令人印象深刻的電池讓人興奮也讓人落空。
大公司的小進步
事實上，在電池行業中，由于電池技術的高門檻，初創公司難以單獨存活。因此，電池行業一般都是由大公司主導。 A123 Systems前高管Andy Chu說：
能量存儲是一個“大頭”玩的游戲，因為在研發電池中稍有不慎將會鑄成錯誤。雖然我希望電池初創公司最終會取得成功，但通過這幾年的歷史，（大家都可以看見，這些公司的）下場都不太好。
在過去的十年里，我們見證了電池行業“突破性”的進展，但是這些都是來自大公司的一些穩定小進步。
Envia的電池是一種新型的鋰離子電池，發明于70年代末80年代初，商業運用于90年代。它們變成一種便攜式電池，被人們用于電動車上。
早在90年代，通用汽車在其電動車EV-1上使用廉價的鉛酸蓄電池，不僅車輛行駛的里程數較少，車上的鉛酸蓄電池也十分笨重。
到了2008年，特斯拉引進鋰離子電池的電動車，雖然里程數比EV-1多了，但是價格昂貴。于是，有汽車制造商如日產汽車和通用汽車為了降低價格，打造出里程數少的電動車，其實主要減少電動車的鋰離子電池。
電池技術知之甚少
如果改變了電池中的某一部分比如引進一個新電極，所帶來的的問題是難以預見的。有些問題甚至需要幾年時間才能檢測到。當年，為了達到投資者和ARPA-E的期望，Envia不是融合了一種電極材料而是兩種實驗性的電極材料進行研發。（其實，Envia還是蠻拼的，只不過，事情的結果就這樣罷了）在2006年，Envia授權阿貢國家實驗室ANL的研究人員研發一種很有前景的電池材料，但是，一個嚴重的問題出現了：隨著時間的推移，電池的電壓改變后，它就無法使用了。盡管ANL的研究人員深入研究這個問題，但原因仍無法無法得知。除了這個，Envia還面臨一個挑戰：基于硅的電池電極問題。研究人員看似解決了這個問題：提出一套無法在實際中操作的解決方案。這讓Envia的研究人員們感到十分奔潰。
但是隨著時間的推移，以上這些大大小小的問題都差不多解決的時候，Envia發現，電池中復合材料的微小變化都會改變整個電池的性能。當然，Envia認為最終不能實現驚人效果的結果，是因為他們的電池材料供應商中有某些污染材料。當然，這個污染來自哪里是什么，似乎也沒有人知道。
電池的進展不一定來自技術
其實，Envia的故事很鮮明告訴大家，電池的進展包括性能與成本，不是來自突破性技術，而是來自像特斯拉與其電池供應商松下的密切合作關系。自從08年以來，特斯拉的電池成本降低一半，電容量增加60%。特斯拉并沒有刻意去改變電池的化學或者材料，而是提高制造效率和改進生產。還與松下一起根據汽車的需求進行適當的電池優化。
雖然很難想象特斯拉在鋰離子電池上進行微調整獲得持續性的發展，因為鋰離子電池的進步空間并不十分“寬敞”。或許到最終需要像Envia這樣徹底整改，才能獲取電池的跨越性進步。不過，至少Envia告訴我們，提高電池性能必須要密切結合制造業和工程技術，要生產實際使用的產品。
雖然以上內容看似在回顧Envia的歷史，但是這也是電池發展的一個縮影。近二十多年來，科技飛速發展。計算機從電子管元件時代演變成今天的超大規模集成電路，往日笨拙巨大的計算機如今小到能裝進我們的口袋中。而電池，更像一個后進生，遲遲不能跟上發展的步伐。或許也正是以上這些原因造成現在的局面。
