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电池|德国人出手了！全新水晶电池大功告成：成果让人激动

上游原材料短缺的问题 ， 已经成为制约新能源汽车产业发展的瓶颈 。从 2020 年至今 ， 新能源汽车电池的主要原材料——碳酸锂的价格上涨了超过 10 倍 ， 成本上升传导到主机厂 ， 后者无奈只能以涨价应对 。
即便强如特斯拉 ， 也无法独善其身 。在最近的财报电话会议 ， 特斯拉 CEO 马斯克呼吁：加大对锂矿开采的投资 ， 以填补由于电动汽车的普及而造成的巨大供需缺口 。
他表示 ， 电池生产 ， 更确切地说 ， 锂是全球电动汽车普及的「根本限制因素」 。「我们认为 ， 我们需要在这方面帮助这个行业 。实际上 ， 目前锂业的利润率几乎等同于软件行业 。」
【电池|德国人出手了！全新水晶电池大功告成：成果让人激动】应对当下的困境 ， 行业一方面加快上游原材料的开采节奏 ， 另一方面也在大力研发下一代的电池 。锂硫电池被认为是潜在的候选之一 。
最近 ， 德国初创公司 Theion 交出了他们的「答卷」 ， 推出了应用场景多元的水晶电池 ， 并开始推进商业化落地 。
01 什么是水晶电池？
Theion 的水晶电池属于锂硫电池的一种 。它是以硫元素作为电池正极 ， 金属锂作为负极的一种锂电池 。锂硫电池因为其较高的理论容量（1675mAh/g）和功率密度（2600 Wh/kg） ， 资源丰富和价格低廉以及对环境友好等特点 ， 一直受到科学家们的广泛关注 。
当然 ， 任何一枚硬币都有两面 。锂硫电池的缺点也尤为明显 ， 主要是硫的导电性差、充放电过程中电极体积膨胀、存在着穿梭效应 ， 以及阳极会有锂枝晶生成等 ， 这些瓶颈问题一直影响着锂硫电池的商业化 。
电池|德国人出手了！全新水晶电池大功告成：成果让人激动
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硫熔化形成晶体
为了解决这些问题 ， Theion 首席执行官 Ulrich Ehmes 博士告诉「极客公园」 ， 他们在两个方面做了突破：第一 ， 他们采用的硫 ， 不是粉末 ， 而是硫晶体 ， 这样可以提高电池的能量密度；第二 ， 他们研制了特殊形式的碳纳米管涂层 ， 可以保证电池性能更加稳定 。
拥有数十年管理经验的 Ehmes 博士 ， 非常清楚材料的重要性 ， 它能解决高能量密度、短充电时间、长循环寿命和成本等问题 ， 也是在电池行业成功的关键 。
目前 ， Theion 的第一代技术已经将锂硫电池的能量密度做到了 500Wh/kg ， 他们的目标是在 2023 年 ， 把第二代技术将锂硫电池的能量密度提高到 700Wh/kg；在 2024 年 ， 第三代技术将锂硫电池的能量密度提高到 1000Wh/kg 。
这已经远高于当前主流电池的水平 。目前动力电池主要有两条技术路线：三元锂电池和磷酸铁锂电池 ， 它们的能量密度分别在 250Wh/kg 和 160Wh/kg 左右 。更重要的是 ， 锂硫电池的理论能量密度上限更高（2600 Wh/kg） ， 未来提高的空间更大 。
同时 ， 目前主流的锂离子电池 ， 主要是由五种材料（镍、钴、锰、锂和石墨）加工而成 。除了石墨 ， 其他四种原材料价格大幅上涨 ， 也增加了电池的生产成本 。相比之下 ， 硫成本与 NMC811（电池正极材料镍钴锰比例为 8:1:1）相比 ， 节省了 99% 。一般来说 ， 正极材料成本占电池成本的1/3 。如果正极材料下降到之前的1% ， 也就意味着整体成本下降了大约1/3；同时 ， 通过新生产工艺 ， 水晶电池可以节省 90% 能源 。
除了能量密度和成本 ， 循环次数也是衡量电池性能的重要指标 。目前 ， 水晶电池能达到 500 次左右的循环次数 ， 低于当前三元锂电池（1000 次到 2000 次）和磷酸铁锂电池（3000 次左右） 。
不过 ， Ehmes 博士表示 ， 他们接下来会持续更新和迭代产品 ， 提升水晶电池的循环次数 。
其实 ， 锂硫电池并非什么新鲜事物 ， 对它的研究从上世纪 70 年代就已经开始 。目前 ， 欧美等国家的锂硫电池研究是以产业主导 。
英国的 Oxis 能源公司 ， 此前成功测试了一款能量密度达到 471Wh/kg 的电池电芯样品 ， 并与部分欧洲车企签订了采购合同；美国的 Sion Power 公司 ， 主要侧重无人机和军用编写电池以及电动车领域 。


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