特斯拉固态电池新突破：一撮苏打粉，解决电池寿命问题

“炼金术士”马斯克，刚刚搞出了固态电池领域一次 0-1 的突破。

特斯拉最新专利对外公开，讲的是新材料对电池循环寿命的提升。提升了多少呢？大概 10%。

不太厉害？

但特斯拉的新成果，是把之前一种只在理论上可行的电池正极材料，第一次落地变成了现实，给后续固态电池技术的发展，打开了一扇新大门。

新材料应用，可能要再次改写能源领域。

特斯拉新电池材料，有啥厉害的？

先看实验结果：

50 次的充放电循环中，特斯拉新正极材料制成的电池，总容量衰减到 94% 左右。对比实验中，没有用特斯拉新配方的电池，总容量大概多衰减 10%。

如果按绝对里程来算，充放电 50 次，大概也就 20000 公里左右的用车场景。

所以如果放到普通家用车至少 6-7 万公里甚至 10 万公里的真实情况，目前特斯拉新正极材料对电池衰减的改善情况，其实是十分有限的。也就是说，距离真正的量产上车还有不小的距离。

但是，特斯拉新专利的厉害之处，是突破了一个电池行业老大难问题 —— 富锰正极材料。

办法是撒一小撮苏打粉。

电池嘛，大家都熟悉，主要原理就是氧化还原反应在闭合回路中实现。

电池的放电过程，由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成电池正极在反应中得到电子，意味着负极上的电子通过电解液到达正极，把带正电荷的离子还原，这个过程中释放出能量。

而充电则是相反的氧化反应。

正极 —— 电解液 —— 负极，自从伏特 1799 年发明电池以来，这个基本结构就从没变过。

任何有关电池的创新，都是对这三个部分进行的“炼金术”。

比如现在大火的固态电池概念，就是把传统电池中的液态电解质用固态电解质代替，从而实现小体积、大容量、快速充放的特性。

但电池性能的提升，不仅仅在电解质这一层面，正负极材料的创新，也十分关键。

比如现在最常见的三元锂或磷酸铁锂电池，就是以正极材料区分命名。

一般来说，三元锂电池正极为镍钴锰酸锂（Li (NiCoMn) O2）或者镍钴铝酸锂，负极为石墨材料，优点是能量密度大，充放电速度快，低温衰减轻。

但缺点也很明显，成本高。主要就是钴这种元素，地球上储量远不如锰或镍。

所以三元锂电池的高镍化，是现在追求的方向。不过全球镍矿静态可开采周期，也就 35 年左右。

磷酸铁锂电池在成本方面就有优势的多，但续航能力和抗衰减不如三元锂。

那有没有能够兼顾能量密度和成本的正极材料？

现在的尝试有很多，其中一个是富锰正极材料，比如 LiMn2O4—— 锰酸锂，1981 年首先人工首次合成，是具有三维锂离子通道的正极材料。

锂不必说，二锰在地球上的储量，则远远高于钴和镍 (十亿吨级和百万吨级的差别)，成本问题也就解决了。

除此之外，锰酸锂还具有电位高、环境友好、安全性能高等优点，被公认为最有希望取代钴酸锂 LiCoO2 成为新一代锂离子电池的正极材料。

而在下一代固态电池技术中，富锰正极材料和复合锂金属负极配合，成为一条量产前景被广泛看好的路线。

但是呢~ 凡事都有个“但是”，富锰正极材料，包括锰酸锂在内，存在一个致命缺陷，那就是电池容量下降快，电池寿命衰减严重。

机理涉及多种因素。一方面，在充放电过程中，锰离子往往会溶解到电解质中，导致材料中锰含量降低，从而引起电压衰减。

另一方面，正极材料的结构破坏也是电压衰减的重要因素。充放电过程中，富锂锰基正极材料会发生体积变化，导致晶体的应变和断裂，从而破坏了材料的结构，进一步引起电压衰减。

所以方法也可以从这两个方面入手。

特斯拉新专利，就是采用掺杂适量的过渡金属离子的方法，改善材料的结品性和稳定性，减少溶出和析出现象，从而降低电压衰减。

一般来说，锌、铁、镍等金属离子的掺杂都可以。但考虑到“降低电池成本”这一根本诉求，特斯拉选择掺杂的是镁（氟化镁）、钠（碳酸钠）。

氟化镁可能普通人接触不多，一般用在冶金、陶瓷、光学领域。但碳酸钠我们可太熟悉了，不就是苏打粉嘛~

当然了，这里的碳酸钠是工业级别产品，跟你我家里厨房中的苏打粉在纯度上还是有很大区别。

特斯拉新专利尽管还只是迈出了富锰正极材料上车的一小步，但意义不可小觑：

把一种以前只在“理论上”可用的电池正极材料变成现实。

用在现在的液态电池中，可以大幅降低成本、提高性能。

但更重要的是未来固态电池的应用：正极方面，低成本、高性能富锰材料天然能满足，现在特斯拉给出了一种同样低成本解决电池寿命的方案。

破解电动车续航、成本、性能这一看似不可能三角的关键突破，就一直静静躺在我们的厨房里。

院士马斯克，现在又有了一个新头衔：炼金术士。

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