全聚合電池：生產成本降低90%，安全性大幅提升

鋰離子電池如今是科技世界里的主角，在我們的日常生活中，從手機、電腦到當下炙手可熱的智能電動汽車，都離不開鋰離子電池為它們提供驅動力。曾任日產電動技術開發(fā)負責人的堀江秀明（Hideaki Horie）在推動鋰離子電池的商業(yè)化進程中功不可沒，如今，他研發(fā)的全聚合物電池可以將電池的大規(guī)模生產成本降低90%，且安全性得到大幅提升。

堀江秀明在2018年自立門戶，成立了APB公司，總部位于東京，旨在制造“全聚合物電池（all-polymer batteries）”，公司名稱也由此而來。今年年初，該公司獲得了一批日本企業(yè)的資金支持，其中包括大林組株式會社、工業(yè)設備制造商橫河電機和碳纖維制造商帝國人造絲。

堀江秀明表示，“目前鋰電池的生產過程中存在的問題是，整個制造過程的復雜程度幾乎趕上了半導體這類精密儀器，而我們的目標，是將它的制造過程簡化，更像鋼鐵生產?！?/p>

每一節(jié)電池的生產都需要在無塵的條件下進行，同時利用氣閘來控制濕度，并保證持續(xù)的空氣過濾和嚴格的精度來防止高活性材料的污染。這一系列操作都造價不菲，以至于韓國LG化學、中國寧德時代和日本松下等少數頂級企業(yè)會花費數十億美元去建造一個合適的電池工廠。

堀江秀明所研發(fā)的全聚合物電池將傳統(tǒng)鋰離子電池的兩大基本部件——金屬內襯電極和液體電解質都用樹脂結構所替代。這種方法極大地簡化并加快了制造速度，整個生產過程就像“為面包抹黃油”一樣簡單。10米長的電池板可以“像座墊一樣”相互堆疊。重要的是，樹脂電池在穿刺時不會有起火風險。

雙極結構全聚合物電池技術

全聚合物電池（右）將傳統(tǒng)電池（左）中液態(tài)電解質和金屬電極用聚合物取代，每一節(jié)電池的正面和背面由高分子聚合物電流收集器構成，且各有一個電極來構成單節(jié)電池外殼的一部分。將若干個這樣的電池堆疊在一起，就形成了具有雙極結構的電池組，產生垂直于電極平面的電流。

由于采用了雙極性結構和聚合物成分材料，電池制造所需的零部件少了，因此，全聚合物電池在電池的尺寸和形狀上具有很高的靈活性，這將有助于我們制造更厚的電極和更大的電池。

APB最大投資方之一的三洋化學總裁兼CEO安藤隆夫表示：“全聚合物電池具有不易起火、不會因鉆孔或切割而損壞、尺寸和形狀具有高度靈活性、制造成本低等特點，將為創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的社會做出貢獻”。

先專注于非汽車領域

今年3月份APB籌集了80億日元（人民幣5.2億元），雖然從廣泛的行業(yè)標準來看，這個數字不大，但足以為一家明年開始大規(guī)模生產的工廠提供全套設備。堀江秀明估計，這筆資金可以使他的工廠在2023年達到1千兆瓦時的產能。

鋰離子電池自三十年前首次商業(yè)化以來，已經取得了長足的進步。與10年前相比，它們的壽命更長、功率更大、成本降低了85%，成為推動智能手機和平板電腦增長的主力軍，其內部功能越來越強大。但安全問題仍然存在，從特斯拉汽車到波音夢幻飛機和三星手機的幾起起火事故來看，電池都是罪魁禍首。

“僅從物理學的角度來看，鋰離子電池簡直人類創(chuàng)造的最好取暖器?！避ソ忝髡f。在傳統(tǒng)的電池中，一次電池穿刺會產生數百安培的浪涌電流，是普通家庭用電電流的數倍。溫度會飆升至700攝氏度。APB的電池通過雙極設計，避免了這一災難性的情況，摒棄了現(xiàn)在的電力瓶頸，讓電池的整個表面都能吸收電流。

但該技術并非完美無瑕，因為聚合物不像金屬那樣具有導電性，這可能會大大影響電池的承載能力。雙極設計的一個缺點是每節(jié)電池只能背對背串聯(lián)，更難對單節(jié)電池進行控制。成本的降低也不足以與現(xiàn)有鋰離子電池相抗衡。在未來15年甚至更久，液態(tài)電解質的鋰離子電池仍將是主流，雖然它并不完美，又很貴。

堀江秀明也承認APB無法與電池巨頭競爭，因為后者投資了數十億，受益于規(guī)模經濟。因此，APB不會瞄準汽車領域的“紅?！保菚紫葘Ｗ⒂诮ㄖ?、辦公室和發(fā)電廠。到2025年，電池市場在全球范圍內的價值將達到1，000億美元，是去年規(guī)模的5倍多。僅美國和中國在此期間可能會增長10倍，達到70億美元，成為儲能需求增長的主要來源。

堀江秀明的電池生涯

現(xiàn)年63歲的堀江秀明在鋰離子電池誕生之初就開始了他的職業(yè)生涯。1990年2月，在他任職日產的早期，就開始了對電動汽車和混合動力汽車的研究。幾周后，索尼公司宣布計劃將鋰離子電池商業(yè)化，震驚了押注鎳氫技術的業(yè)界。而堀江秀明看到了這一前景，并在同年推動兩家公司聯(lián)合開展研究工作。

到了2000年，在日產決定放棄電池業(yè)務時，堀江秀明成功勸說戈恩投資電動車領域，這才有了日后稱霸電動車領域10年之久的日產Leaf。堀江秀明在日產工作時就提出了全聚合物電池的想法，但沒能得到公司的支持，無法實現(xiàn)。2012年，他在東京大學任教時，三洋化學工業(yè)株式會社找到了他，共同開發(fā)了世界上第一塊使用導電凝膠聚合物的電池。2018年，堀江秀明創(chuàng)立了APB，三洋化學成為他的早期投資者之一。

堀江秀明表示，APB已經敲定了第一個客戶，是一家大型日本公司，該公司的產品主要銷往海外，具體細節(jié)最早會在今年8月份公布?！斑@證明了我們的電池是可以大規(guī)模量產的，”堀江秀明說。“我們正在讓化學重新成為主角，電池制造商將只是一個組裝商。”