电子科大高材生突破固态电池：能量密度5倍于刀片电池，3分钟充满，已获融资

哈佛大学的一名中国教授开发了一种新型固态电池，其成果已发表在《自然》杂志上

充放电循环次数可达10000次，最快3分钟即可充满。

相比较而言，目前固态电池的最佳循环次数为2000~3000次。

主要原因是他们设计了三明治电池结构，即使在20mA/cm的超高电流密度下，也不会出现锂枝晶穿透。

就在最近，这位教授创办的创业公司获得了哈佛的独家授权，目前已经融资515万美元。

该实验室的最新成果正朝着商业化迈进...

支持10000次充放电循环。

研究成果发表在《自然》杂志上。

这种新型固态电池在20C充电率下充放电10000次后，剩余容量为82%。

以1.5C充电速率充放电2000次后，电池容量保持在81.3%。

同时，在微米级正极材料中可以实现110.6kW/kg的功率密度和631.1Wh/kg的能量密度。

根据最新报道，这种固态电池只需3分钟即可充满电当时本文给出的结果是10~20分钟内可以完成充电

之所以能大幅提升电池的循环性能，主要得益于电池的结构创新——他们设计了类似三明治的对称结构。

从左至右依次是:

金属阳极石墨LPSCI LGPS LPSCI石墨NMC811阴极

即以金属锂作为固态电池的阳极，以单晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2作为阴极。

石墨在锂金属阳极和第一层固体电解质之间，主要用于隔热。

值得一提的是，如果没有石墨或铟等保护层，电池在电压上升时很容易在短时间内失效。

如图所示，三层固体电解质具有相同的厚度。

夹在两侧的第一层固体电解质是Li5.5PS4.5Cl1.5，特点是对锂金属性能稳定，但容易出现锂枝晶穿透它的存在可以稳定锂金属和石墨层之间的主界面，降低整体过电位

夹在中间的第二种电解质是Li10Ge1P2S12，对锂来说不那么稳定，但是锂枝晶不易穿透。

中间电解质也可以用Li 9.54 si 1.741.44 s 11.7 cl 0.3代替，也可以得到类似的性能。

这种排列的好处是锂枝晶可以穿过石墨和第一电解液，但到达第二电解液时被拦截，真正解决了锂金属电池的一大难题和痛点——

电池的反复充放电会经常在陶瓷颗粒中产生微米或亚微米级的裂纹一旦形成裂纹，锂枝晶穿透和短路现象难以避免

三明治中间的这层固体电解质正好阻止了锂枝晶刺穿整个电池，从而防止电池的正负极短路甚至着火。

除了提高安全性，这种设计还允许电池在0.25mA/cm的电流密度和室温下循环使用1800小时，其性能远远优于单一的固体电解质电池。

三明治固态电池，在业界是什么水平。

首先，明白什么是固态电池。

固态电池是指使用固体电解质的锂离子电池。

从原理上来说，固态锂电池和传统锂电池没有区别。

两者的主要区别在于，固态电池的电解质是固体，相当于锂离子迁移到固体电解质的地方。

一般固态电池根据正负极材料的不同可以分为固态锂离子电池和固态锂金属电池。

产业链方面，固态电池的产业链和液态锂电池的产业链大致相似两者的主要区别在于中上游的阳极材料和电解质不同，在阳极方面几乎相同

固态电池的核心优势是能量密度高理论上其单体能量密度最高可达900Wh/kg，有望彻底解决里程焦虑问题

其实目前动力电池续航1000公里比如当代安培科技有限公司就有相关产品

但这是电池组结构和制造工艺的有限进步，这条路线的上限并不高。

固态电池的1000公里续航其实是一件很容易的事情，这也让企业可以把更多的成本投入到安全，能效等方面。

其次，安全性高很多无机固体电解质材料都是不可燃的，聚合物固体电解质有一定的易燃风险，但与电解质相比，其安全性也大大提高

基于这两点，固态电池也被认为是未来动力电池最有前景的发展方向之一。

目前固态电池还在研发中，国内外重要玩家都在跟进。

据前瞻产业研究院统计，目前，全球已有超过50家制造企业，初创公司和大学科研机构在推广固态电池技术。

欧美车企更看重固态电池初创企业车企收购，投资固态电池领域的初创企业，如固态电源，固态能源系统，离子材料等，获取技术储备

在日本和韩国，日系车企对固态电池的研发起步相对较早最早进入该市场的丰田公司于2008年与固态电池的创始人伊利卡公司合作三菱，日产，松下等公司也加快了固态电池产业的布局，争取早日量产

国内方面，国内企业起步比西方早，但已经有越来越多的企业参与其中，包括赣锋锂业，当代安培科技有限公司等电池企业更多其他领域的企业看好固体电池的跨界投资，比如专注于汽车零部件的万向集团，新能源汽车的比亚迪

可是，固态电池的产业化仍然面临着很大的挑战。

首先，我们需要重塑电池行业的供应链。

其次，用于固态电池的前锂硅碳阳极或前景金属锂阳极，高镍阳极，固体电解质等科技新材料的生产成本远高于目前相应的材料，降成本之路异常艰巨而漫长。

第三，固态电池本身的快充效率差一般固体电解质的电导率只有电解质的十分之一，确实影响了实际应用

所以三明治固态电池在充电的问题上其实已经有了很大的进步。

最快可在3分钟内充满，一个周期可充放电10000次，超过目前大部分量产的普通锂离子电池。

研究团队介绍

本人毕业于电子科技大学能源科学与工程学院，新能源材料与器件专业。

2017年本科毕业，拿到哈佛大学全额奖学金，去李欣教授课题组研究金属锂电池。

最左边的是来自成都电子科技大学关伟的叶鹿晗。

李欣教授在申请哈佛大学的推荐信中这样评价:

韩烨在本科期间接受了良好的学术训练，他的创造力和科研热情超过了普通本科生他的科研水平让我相信他有潜力成为哈佛或者麻省理工的博士生事实上，在我见过的本科生中，他的科研成绩是突出的

本科期间，他的简历如下:

入选成电2016年优秀学生，四川省优秀毕业生连续两年专业排名第一，综合素质连续三年专业排名第一，两次获得国家奖学金，唐立新奖学金，人民一等奖学金

来自关伟，成都电子科技大学

参与国家自然科学基金1项，省自然科学基金1项，主持高校级创新创业研究基金1项，在电子科技大学能源学院先进能源材料实验室担任研究助理，协助导师建立和管理实验室。

他还与锂离子电池发明者，德克萨斯大学奥斯汀分校教授J. Goodenough合作，发表了燃料电池领域气体扩散相关的文章。

与剑桥大学教授张和布朗大学教授布鲁克海文国家实验室助理主任迪克森合作，共同开发电化学沉积技术在储能和转换领域的应用。

与哈佛大学李欣教授研究组合作，开展了功能锂离子电池和固体电解质的研究。

此外，他还申请了一项中国专利和一项美国专利，多项成果得到了国家能源新材料技术研发中心和公司的资助，共计60多万。

在此之前，他于2003年毕业于南京大学，获得物理学学士学位，2010年获得美国宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程博士学位。

目前，他在哈佛大学的研究小组，专注于通过合成，测试，表征和模拟来设计下一代储能材料。

同时结合电化学，显微镜，光谱学，第一性原理计算和人工智能，得出与材料性质相关性最强的研究成果这些发现用于指导新型储能材料的设计，包括下一代正负电极材料和锂离子电池或钠离子电池的固体电解质

与此同时，李欣教授和他的许多学生一起，在去年成立了一家名为Adden Energy的电池初创公司韩烨是该公司的首席技术官

今年年初，该公司宣布完成515万美元的种子轮融资，由Primavera Capital Group领投，Rhapsody Partners和MassVentures跟投。

最近，这家初创公司获得了哈佛大学技术开发办公室的独家技术许可。

技术许可+最新融资意味着他们具备了商业化的初步条件，可以将实验室成果转化为产品。

李欣教授说他非常看好固态电池如果要推广电动汽车，固态电池是必由之路

他如此自信的原因是:

我们的技术远远优于其他固态电池。

我们的电池可以充放电5000 ~ 10000次，现在即使是同类最好的也只能做到2000 ~ 3000次。

在量产方面，我们看不到任何限制因素一旦进入市场，可能会改变游戏规则