特斯拉固態電池新突破：一撮蘇打粉，解決電池壽命問題

“鍊金術士” 馬斯克，剛剛搞出了固態電池領域一次 0-1 的突破。

特斯拉最新專利對外公開，講的是新材料對電池循環壽命的提升。

提升了多少呢？大概 10% 左右。

不太厲害？

但特斯拉的新成果，是把之前一種只在理論上可行的電池正極材料，第一次落地變成了現實，給後續固態電池技術的發展，打開了一扇新大門。

新材料應用，可能要再次改寫能源領域。

特斯拉新電池材料，有啥厲害的？

先看實驗結果：

50 次的充放電循環中，特斯拉新正極材料製成的電池，總容量衰減到 94% 左右。

對比實驗中，沒有用特斯拉新配方的電池，總容量大概多衰減 10%。

如果按絕對里程來算，充放電 50 次，大概也就 20000 公里左右的用車場景。

所以如果放到普通家用車至少 6-7 萬公里甚至 10 萬公里的真實情況，目前特斯拉新正極材料對電池衰減的改善情況，其實是十分有限的。也就是説，距離真正的量產上車還有不小的距離。

但是，特斯拉新專利的厲害之處，是突破了一個電池行業老大難問題——富錳正極材料。

辦法是撒一小撮蘇打粉。

固態電池上車，蘇打粉立功？

電池嘛，大家都熟悉，主要原理就是氧化還原反應在閉合迴路中實現。

電池的放電過程，由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成電池正極在反應中得到電子，意味着負極上的電子通過電解液到達正極，把帶正電荷的離子還原，這個過程中釋放出能量。

而充電則是相反的氧化反應。

正極——電解液——負極，自從伏特 1799 年發明電池以來，這個基本結構就從沒變過。

任何有關電池的創新，都是對這三個部分進行的 “鍊金術”。

比如現在大火的固態電池概念，就是把傳統電池中的液態電解質用固態電解質代替，從而實現小體積、大容量、快速充放的特性。

但電池性能的提升，不僅僅在電解質這一層面，正負極材料的創新，也十分關鍵。

比如現在最常見的三元鋰或磷酸鐵鋰電池，就是以正極材料區分命名。

一般來説，三元鋰電池正極為鎳鈷錳酸鋰（Li(NiCoMn) O2）或者鎳鈷鋁酸鋰，負極為石墨材料，優點是能量密度大，充放電速度快，低温衰減輕。

但缺點也很明顯，成本高。主要就是鈷這種元素，地球上儲量遠不如錳或鎳。

所以三元鋰電池的高鎳化，是現在追求的方向。不過全球鎳礦靜態可開採週期，也就 35 年左右。

磷酸鐵鋰電池在成本方面就有優勢的多，但續航能力和抗衰減不如三元鋰。

那有沒有能夠兼顧能量密度和成本的正極材料？

現在的嘗試有很多，其中一個是富錳正極材料，比如 LiMn2O4——錳酸鋰，1981 年首先人工首次合成，是具有三維鋰離子通道的正極材料。

鋰不必説，二錳在地球上的儲量，則遠遠高於鈷和鎳 (十億噸級和百萬噸級的差別)，成本問題也就解決了。

除此之外，錳酸鋰還具有電位高、環境友好、安全性能高等優點，被公認為最有希望取代鈷酸鋰 LiCoO2 成為新一代鋰離子電池的正極材料。

而在下一代固態電池技術中，富錳正極材料和複合鋰金屬負極配合，成為一條量產前景被廣泛看好的路線。

但是呢～凡事都有個 “但是”，富錳正極材料，包括錳酸鋰在內，存在一個致命缺陷，那就是電池容量下降快，電池壽命衰減嚴重。

機理涉及多種因素。一方面，在充放電過程中，錳離子往往會溶解到電解質中，導致材料中錳含量降低，從而引起電壓衰減。

另一方面，正極材料的結構破壞也是電壓衰減的重要因素。充放電過程中，富鋰錳基正極材料會發生體積變化，導致晶體的應變和斷裂，從而破壞了材料的結構，進一步引起電壓衰減。

所以方法也可以從這兩個方面入手。

特斯拉新專利，就是採用摻雜適量的過渡金屬離子的方法，改善材料的結品性和穩定性，減少溶出和析出現象，從而降低電壓衰減。

一般來説，鋅、鐵、鎳等金屬離子的摻雜都可以。但考慮到 “降低電池成本” 這一根本訴求，特斯拉選擇摻雜的是鎂（氟化鎂）、鈉（碳酸鈉）。

氟化鎂可能普通人接觸不多，一般用在冶金、陶瓷、光學領域。但碳酸鈉我們可太熟悉了，不就是蘇打粉嘛～

當然了，這裏的碳酸鈉是工業級別產品，跟你我家裏廚房中的蘇打粉在純度上還是有很大區別。

特斯拉新專利儘管還只是邁出了富錳正極材料上車的一小步，但意義不可小覷：把一種以前只在 “理論上” 可用的電池正極材料變成現實。

用在現在的液態電池中，可以大幅降低成本、提高性能。

但更重要的是未來固態電池的應用：正極方面，低成本、高性能富錳材料天然能滿足，現在特斯拉給出了一種同樣低成本解決電池壽命的方案。

破解電動車續航、成本、性能這一看似不可能三角的關鍵突破，就一直靜靜躺在我們的廚房裏。

院士馬斯克，現在又有了一個新頭銜：鍊金術士。

本文作者：有據無車，來源：智能車參考，原文標題：《特斯拉固態電池新突破：一撮蘇打粉，解決電池壽命問題》