iPhone 7也爆炸了？它们正在清除这颗定时炸弹

　　作者：拆弹的 来源：公号“深蓝DeeperBlue”

　　三星不哭，也爆炸了。

　　美国科技博客BoyGeniusReport的一篇文章今天凌晨晒出，一部苹果新iPhone 7似乎也发生了爆炸。昵称为@kroopthesnoop的网友在Reddit论坛贴出的一张照片，他的黑色iPhone 7破损严重，屏幕开裂，边框有明显烧焦的痕迹。

　　苹果的股价周四开盘应声下跌。

　　此前，三星Note7手机在全球已造成近40起爆炸事故。就在9月26日下午，又一部国行的Note7发生爆炸，这是在中国Note7的第四起爆炸事故了。

　　美国佛罗里达州用户那桑·多纳切（NathanDornacher）使用的三星Note7爆炸，他之前在车内给Note7充电。车的方向盘、仪表盘等已经面目全非。　　

　　2016年9月2日下午，三星电子在韩国召开新闻发布会，移动部门总裁高东真对三星Note7电池爆炸事件进行了公开道歉，宣布因电池缺陷问题，三星将停售Note7手机，并召回250万部Note7。

　　三星公司可能就此“连续爆炸门”损失近50亿美金——作为贡献韩国GDP超过五分之一的三星，这一次可真是惊动了国本。

　　六天之后，美国联邦航空管理局（FAA）发表声明，强烈建议乘客“在飞机内关闭Note7电源，不要使用或进行充电”。接着，美国消费品安全委员会（CPSC）又正式呼吁“请消费者停止使用Note7并关闭电源”。多米诺骨牌效应开始，多国航空部门连续发出警示，提醒乘客停止使用Note7，这里面也包括中国民航。

　　据三星自己说，Note7是手机锂离子电池的电池芯出了问题。因为制造工艺失误，电池的阴极和阳极相接触，导致电池芯过热从而引发爆炸。

　　爆炸一次不可怕，连续爆炸才可怕。这不由得让人想起同样由于电池、连续起火的特斯拉。

　　2015年年末，还忙着统计去年全球交付总量达到50，580辆的傲人成绩的时候，1月1日挪威一辆ModelS充电时突然起火——所幸车内无人。

　　由于特斯拉使用的动力电池是三元锂电池，而三元锂电池燃烧时不能直接用水或者二氧化碳扑灭，专用的铜粉水造价太高又不常见，所以当时的挪威消防队员只能用泡沫控制周边火势，直到这辆ModelS完全烧毁。

　　传统锂电池的安全性始终是一柄达摩克利斯之剑，悬在人们的心头。为什么锂电池容易爆炸？我们先看一下锂电池的解剖图：

　　普通的锂离子电池由正极、负极、电解质、隔膜组成。锂离子在正负极之间来回“奔跑”，完成充放电的过程。有了电解质，锂离子才能“奔跑”。正负极之间用陶瓷或者其他聚合物制成的隔膜隔开，电池的正负极因此避免了直接接触。

　　安全隐患就在这个隔膜上。一旦高压、过热，隔膜很容易被穿破，导致正负极接触，造成内部短路。据《科技日报》报道，三星为了提升电池的能量密度、延长续航能力，采用了更薄的隔膜材料，所以才会事故频出。

　　想想看，一辆特斯拉需要使用7000多节18650型号锂电池，只要其中一节出了问题……

　　只有一个改变才可以彻底解决问题——把液体的电解质换成固体的。

　　固态电解质能让电池正负极永不接触。即使发生过热情况，固态电解质只是熔化成绝缘体，温度下降后又能恢复成固体，不会分解出气体和多余的热量。

　　如果一个锂电池，换成固态电解质，它就叫做“固态电池”。

　　人类在固态电池上探索的道路至今已经有六十多年。最先生产出来的固态电池，不是那种厚厚的、或者圆圆的，而是像一层薄膜一样。

　　第一个报道产出固态电池的是日本人。1982年，日本Hitachi公司首先声明自己产出了厚度小于10μm的固态电池，是一层薄膜。但这块电池的功率太低，无法驱动任何电子设备。

　　薄膜电池现在有更成熟的产品了。2008年，美国的InfinitePowerSolutions（IPS）公司推出了一种全固态薄膜电池。它只有一个指甲盖大小、两张纸厚，15分钟就能充到90%的电量，可充放电10万次，使用至少15年。由于是全固态，这种薄膜电池可以随意弯折，在-40℃到85℃温度范围、甚至水下一千多米都能安全使用。

　　2015年，InfinitePowerSolutions公司被苹果收购，开始研究用于可穿戴设备上的固态电池。可以想象，如果苹果手表用上固态电池，就能解决续航时间以及体积问题了。

　　这种薄膜形状的固态电池，在微型电子器件市场上应用广泛。世界范围内，有十几家公司拥有薄膜电池的专利，除了上面提到的两家，还有法国Bellcore、美国Cymbet、台湾辉能科技、俄罗斯的GSNanotech等。

　　但薄膜电池生产成本实在太高。它需要利用一种叫做气相沉积的技术，所用设备动辄上百万。如果将薄膜电池用到手机上，一台苹果能卖到100多万。

　　另外，因为电极是薄膜，薄膜电池能储存的能量很少，别说电动车了，手机需要的电力都供不上。

　　更多人把目光投向了大容量的非薄膜型固态电池。但非薄膜型的电池，目前技术还不是很靠谱。

　　瓶颈主要有两个：一是固态电解质离子电导率太低，也就是锂离子在固态中“奔跑”得慢，而电池是靠锂离子在正负极间奔跑来实现充放电的，所以这意味着电池充放电慢。二是固电解质和电极接触得没有液态和电极接触好，导致界面电阻太高，这会显著降低电池性能。

　　在非薄膜型的电池里面，有三种材料可作为电解质：聚合物，硫化物，氧化物。有不少公司说自己在做以聚合物为电解质的电池，但他们做的其实不是聚合物固态电池，而是凝胶电解质，如Sony和三星。凝胶的状态介于固态和液态之间，其实根本没有解决安全性的问题，凝胶电池的能量密度也难以提高。所以三星后来索性放弃了凝胶电解质。

　　其它绝大部分厂商，包括中国新能源科技（ATL），只是在隔膜上涂一层聚合物将隔膜与正负极粘接在一起。话说，ATL是全球最大的聚合物电池供应商，为三星、苹果、华为、OPPO等企业供货。

　　什么时候固态电池才能够进入大规模产业化？

　　大部分业界的人挺乐观。《日经技术》认为，“预计3年内能出现性能为现有锂离子电池2倍多的产品”。2013年，美国能源存储联合研究中心（JCESR）则说，“5年内（2018年）开发出（相比普通锂电池）能量密度达到5倍、价格降至1/5的蓄电池”。

　　但科研领域的学者们都偏保守——他们认为“毕竟研究出产品跟能形成产业是两码事”。2016年上半年，科学院物理研究所研究员李泓博士说：至少要到2020年，中科院物理研究所出产的固态电池“可能试水到商业化的程度”，而“真正的全固态可能需要更长时间”。

　　虽然工业上不可能实现液态到固态的飞越，但这不代表产业界在固态电池领域无计可施。峰瑞资本投资人朱祎舟对深蓝DeeperBlue说，“我们可以寻找液态到固态的过渡方案。”例如，从麻省理工孵化出来的锂电池公司SolidEnergySystems的电解质，就是既有固态又有液态：先在金属锂电极上覆盖一层固态电解质薄膜，然后加入一种准离子态阻燃液体。制成的电池跟传统电池比体积缩小一半，还能提供更多能量。

　　“固态电池性能好，成本高，就先瞄准对安全性、稳定性需求高，又不计成本的行业。固态电池的制造过程跟传统电池的不一样，就要充分利用传统电池的生产设备，避免重建整条生产线，从而降低生产成本。”朱祎舟说。

　　在大容量固态电池做产业化的这条路上，日本远远走在全世界前列。丰田、日立造船都是固态电池界的领军企业。2009年，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）启动了210亿日元计划，举国之力研究电池，希望能在2030年前开发出能量密度为现有水平5倍以上的可充电电池。从现在看来，这个时间可能被大大提前。

　　韩国也不落后，三星在日本也有个固态电池研究所——早点研发出来三星就能换上固态电池了。

　　日韩之后，依次是欧洲、美国、中国。

　　法国已经有电动车投入使用固态电池，但他们用的固态电池中间还是有隔膜的，不是真正意义上的全固态，而且目前尚无大规模应用。美国人则只有技术，没有可以量产的产品，这里有创业公司一大把，比如：Seeo，SolidEnergySystem，SolidPower，QuantumeScape等等等等。

　　中国人还处于研究阶段，相关标的有清陶能源、宁德时代新能源科技（CATL）、比亚迪、微宏动力等，研发进度有快有慢。其中，清陶能源位于江苏盱眙，由南策文院士团队组建。同时，南院士拥有中国第一个与全固态有关的专利。

　　深蓝DeeperBlue盘点了四家开发固态电池的公司，其中法国的BatScap虽然有投入使用的产品，但不是真正意义上的全固态电池；其他公司目前还只有技术。

　　[BatScap]

　　BatScap是法国博罗雷（Bollore）的子公司，开发了可以在电动车上使用的固态电池。开发固态电池的BatScap是博罗雷在能源领域布局的一个关键。

　　BatScap做的是需要加热的聚合物固态电池。因为在常温下聚合物的离子电导率太低，意味着锂离子在电极间奔跑得慢，充放电也就慢。加热后，聚合物的离子电导率才能提高。

　　2011年底开始，博罗雷利用自主开发的EV“Bluecar”，在法国巴黎及郊外提供汽车共享服务“Autolib”，即抵达目的地后交换车辆。这种汽车用的就是BatScap的固态电池，规格是30kWh。目前这种Bluecar已有近4000辆，有约900座服务站和4500台充电器，每天利用次数1.8万次。

　　然而，电池需要加热才能使用是难以大规模推广的。电动车可以利用行驶中产生的热量来维持60~80℃的使用温度。但停车时，必须要利用电池组内部的加热器来维持温度，每秒会消耗约200W的电力，跟一个电冰箱差不多。在停车过程中需要一直连接充电器。有人做过估算，平均一年下来，停车时加热器消耗的电力比行驶时所需的电力还多。

　　不过，据一名固态电池的技术人员透露，BatScap的聚合物固态电池其实中间也有一层隔膜，根本不是我们所说的全固态。

　　[SolidPower]

　　美国SolidPower成立于2012年，位于美国肯塔基州的路易斯维尔市，在科罗拉多科技中心拥有650多平方米的工厂。创始团队有不少来自科罗拉多大学博尔德分校（UCB）的教授与副教授。这些教授背景都十分强，比如仅SeheeLee教授一人就有18项相关专利。

　　SolidPower拿政府的钱比较多，2013年获美国能源部资助的346万美元，科罗拉多州的经济发展与国际贸易部门（COEDIT）资助的25万美元。2014年底又获美国空军资助290万美元。

　　SolidPower固态电池的电池能量密度达到了600Wh/kg，是市面上电池容量的两倍多。

　　[Sakti3]

　　Sakti3是一位来自美国密歇根大学的教授在2007年设立的风险创业公司。Sakti在梵文中是“力量”的意思，3是锂的原子序数，连起来就是“锂的力量”。这家公司是用蒸镀的方法制备无机固态电解质，并且宣称已能实现高效率量产。

　　值得一提的是，Sakti32015年获得家电巨擘戴森公司1500万美元融资，年底被戴森以9000万美元收购。2016年9月，戴森宣布投资14亿建立电池厂。

　　Sakti3宣布已制造出能量密度达550Wh/kg的电池，这一能量密度要比普通锂离子电池的高大约50%，电池蓄电量是特斯拉现在使用的锂电池的两倍。Sakti3对媒体说，他们在其位于密歇根的小型试验场已制造出这种固态电池的原型，预计在两三年内实现商业化。

　　然而，业内针对Sakti3的声音真不少。不少科研人士都认为：“Sakti3没有产品，只是在炒作固态电池概念”。

　　2013年时，丰田宣布，计划在2020年全面实现全固态电池商业化，其能量将是锂电池的三到四倍，并在接下来几年使用锂空气电池。

　　许多日企都非常重视离子导电率。离子导电率高，意味着锂离子在正负极间“奔跑”得快，充放电的速度就快。而硫化物电解质在常温下的离子导电率与液态电解质相近，所以有许多日本公司在研究硫化物。丰田就是个代表。

　　根据丰田2014年发布的专利，他们研发的全固态电池，改善固态电解质和电极接触差的问题，用湿涂工艺来制备中间的电解质，让电解质变得很薄，从而减小电池体积。同时丰田放大了电芯尺寸，将电池面积扩大了50倍，容量提升了一千倍。

　　丰田在实验中将固态电池用在电动小车上。丰田在实验中将固态电池用在电动小车上。

　　据苹果一名技术人员向深蓝DeeperBlue透露，丰田固态电池产业化很可能不会使用上面说的材料，他们公布这项专利也许只是为了误导产业界。

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