专访：硅负极锂电池快速走向产业化——访斯坦福大学华人教授崔屹

本篇文章1854字，读完约5分钟

新华社三藩市10月3日电(记者钱彤)美国斯坦福大学中国教授崔屹访谈录

新华社记者林

在现代科学体系中，能够开辟重要研究领域的科学家并不多，斯坦福大学材料科学与工程系教授崔屹就是其中之一。2016年，美国权威学术期刊《科学》(Science)发表了一份长篇时事通讯，介绍了崔屹及其对硅负极锂电池发展的开创性贡献。崔屹日前在接受新华社独家采访时表示，负硅电极锂电池正迅速走向产业化，有望在10年内成为锂电池的主流发展方向。

崔屹曾在中国科技大学、哈佛大学和加州大学伯克利分校学习，2005年在斯坦福大学工作。他的主要研究方向之一是利用纳米技术来提高电池的性能。在这一领域，崔屹面临着来自松下、三星、苹果和特斯拉等知名企业科研团队的激烈竞争。然而，正如时事通讯《科学》(Science)所言，他“仍是一支先锋力量”，并为电池开发做出了巨大贡献。

那么，主流锂离子电池发展到了什么阶段？下一步去哪里？手机电池能否实现永久待机？带着这些问题，记者在旧金山举行的中国科技大学硅谷科技峰会上采访了崔屹。他也是这次主题为“未来20年科技”的峰会的主席。

崔屹说，电池最重要的指标之一是能量密度，即每单位重量或体积可以储存的能量。目前，电池重量的能量密度一般为每千克200-250瓦时，但性能提升相对较慢。提高这一性能的关键在于阳极和阴极材料，主要是阴极材料。

他说，目前，锂离子电池的主流正极材料是金属氧化物，而主流负极材料是石墨，即碳。从10年前开始，他开始研究用硅代替碳，因为硅每单位重量储存的锂离子量是碳的10倍。“如果硅阴极可以取代碳阴极，那么重量能量密度很可能达到每千克400瓦时，这几乎是原来的两倍。”

当今世界，电动汽车的发展已经成为大势所趋，但是大多数电动汽车的续航里程只有200-300公里，这仍然远远落后于传统汽车。如果电池的能量密度加倍，电池的体积和成本可以减少一半，而汽车的耐久性保持不变；或者选择保持电池电量不变，将续航时间延长一倍。“那太好了，”崔屹说。"充电一次比开一辆燃料车要远."

然而，硅阳极面临的主要挑战之一是它在充电和放电过程中容易断裂。在纳米技术的帮助下，崔屹已经做了一系列的尝试来解决这个问题。目前，已经开发出两种硅负极电池产品，一种能量密度为每千克300瓦时，已在中国大规模生产，并供应给中兴通讯和其他手机制造商。其成本、循环寿命和安全性与传统电池相当；另一种能量密度是每公斤400瓦时，目前只能小规模生产，成本仍需不断降低。

他说:“在我制造出硅阴极之后，这个领域发展迅速，许多电池公司都在研究这个问题，希望利用纳米科学的方法来开发下一代锂电池材料。”“我的预测是，市场上首先会出现硅碳复合阴极材料，然后硅的比例会越来越高，能量密度会越来越高。整个行业的发展大约需要10年。10年内，硅阴极锂电池将成为主流发展方向。”

为了更清楚地说明锂电池的未来发展，崔屹为记者列出了一张路线图:目前，负极一般使用石墨，正极使用钴酸锂、磷酸铁锂或包括三种金属的三元材料。三元锂电池的能量密度可达每千克300瓦时；下一代硅负极三元锂电池的能量密度可提高到400瓦时/千克；之后，以金属锂为负极的三元锂电池的能量密度将达到每千克500瓦时；最终，以锂金属为负极、硫为正极的锂硫电池的能量密度将达到600瓦时/千克或更高，约为目前电池的三倍。

“但是锂金属阴极会像树一样长出树枝状晶体，而且用硫作为阳极存在很多问题，所以10年后可能会有一点锂金属阴极电池，但是前景很难说，但是硅阴极电池的产业化是有保证的。锂硫电池要到20年后才会大规模应用，但只会更多地应用于汽车，而不是消费电子产品。”他说。

那么，手机电池最终能实现永久待机吗？崔屹说，与更注重电池重量的电动汽车不同，手机更注重电池的体积。目前，手机电池的体积能量密度为600-650瓦时/升，而他实验室开发的电池的体积能量密度可以达到700-750瓦时/升。“我估计，如果升到1100瓦时，每升都将结束。”如果现在手机每天充电一次，估计以后最多每两天充电一次。未来的发展方向是快速充电，10分钟内充电90%，但这是另一个发展方向。”他说。

记者请他预测未来20年电池发展对日常生活的影响。他说，据估计，电动汽车将在2030年左右普及。从北京到上海的距离是1200公里。如果你现在想充电4次，你只需要充电2次；与电网相连的分布式储能系统将会普及，电价将会便宜得多，燃煤电厂将会大大减少，空气体污染程度将会降低，我们的生活环境将会更加清洁。