剛剛閉幕的國際消費電子展（CES）是全球最大、影響范圍最廣的消費類電子技術展會，通常CES是傳統消費類電子廠商和IT廠商的舞臺，但是今年的CES展會上一家鋰離子電池企業卻吸引了全球的目光——Enevate公司。Enevate公司在CES展會推出了面向電動汽車的HD-Energy技術，該技術允許鋰離子電池在5min內充電75%，同時將電動汽車的續航里程最多提高50%，并且能夠讓鋰離子電池在低溫-40℃正常進行充電。Enevate公司憑借這一技術在智能汽車與無人駕駛、環保設計和可持續技術和成就更美好的技術三個類別中分別斬獲創新大獎。Enevate公司的首席技術官Dr. Benjamin Y. Park和研發總監Dr. Frederic Bonhomme為我們帶來了HD energy技術解讀。

傳統的鋰離子電池一般采用石墨或石墨+Si混合（Si含量一般小于10%）作為鋰離子電池的負極，受到石墨負極的動力學條件的限制，在大電流充電時非常容易在負極的表面析出金屬Li，導致電池的容量急劇衰降，在低溫下電池的動力學條件變差，析鋰現象將更為嚴重。

Enevate公司設計的負極Si含量高達70%，并且所有的負極成分均是能夠嵌鋰的活性成分，這一設計不但使得Enevate的Si負極能夠儲存4倍于石墨負極的能量，同時也賦予了該電極快速充電特性、優異的低溫特性和杰出的安全特性。

下面是Enevate的Si負極的一些技術指標，供大家參考。

Si含量：>70%；

比容量：3000mAh/g；

在鋰離子電池中應用1500mAh/g的負極設計，可以使得鋰離子電池的體積能量密度和重量能量密度分別達到800Wh/L和300Wh/kg；

高庫倫效率：負極首次效率93%，全電池大約90%；

高壓實密度：1-1.5g/cm3；

Si比表面積：<10m2/g；

適合大批量生產工藝。

上圖為Enevate所采用的生產工藝，可以看到Enevate的工藝與傳統的鋰離子電池的生產工藝基本一致，但是Enevate的負極中沒有添加到導電劑，而是采用石墨作為導電劑和活性物質，Si材料作為主要的活性物質，同時在Si的表面包覆一層納米SiC作為保護層，然后通過Enevate公司的特殊處理工藝，將負極牢牢的固定在銅箔上。

下圖為采用Enevate的工藝制備的負極與NMC正極材料組成的鋰離子電池的循環性能曲線，可以看到在0.5C充放的情況下循環1000次，電池的容量保持率可達85%，表現出了優異的循環性能。

傳統的石墨負極鋰離子電池在快速充電的情況下，由于負極析Li的問題導致電池容量衰減很快，而Enevate公司制備的負極由于特殊的設計，能夠保證在大電流充電時負極不析Li，極大的改善電池在快速充電情況下的循環性能，下圖為4C充電／0.5C放電情況下的電池的循環曲線，可以看到電池在循環500次后，容量保持率可達90%，表明該電極具有優異的快速充電特性。在極限情況下采用Enevate負極的電池甚至可以在5分鐘內充電75%，而不造成電池顯著的容量衰減，這一充電速度是傳統石墨電池充電速度的10倍以上。

傳統的鋰離子電池由于負極析Li的原因，無法在0℃以下進行充電，而 Enevate公司的負極因為獨特的設計，使得負極具有極好的Li+擴散特性，從而保證電池在-40℃下也能夠正常充電，而不產生析Li問題。

從下圖的數據可以看到，在-20℃下分別以0.3C、0.7C、1C、2C、3C、5C和7C倍率下進行充電后，電池的容量沒有任何衰降，表明了電池優異的低溫性能。

Enevate電池的主要特點可以總結如下

超級快充：能夠在5分鐘內充電75%，并且不會造成電池的壽命明顯的衰降，這是傳統石墨負極電池充電速度的10倍以上。

高能量密度： Enevate工藝制備的Si負極，可以將電池的重量比能量提高到300Wh/kg，體積比能量提高到1000Wh/L。

優異的低溫性能：Enevate負極能夠保證電池在-40℃下正常進行充放電。

安全性能提高：避免在快速充電和低溫充電時金屬Li的析出，減少電池內短路的風險。

Enevate推出的HD energy技術抓住了動力電池的痛點：能量密度和充電速度。Enevate通過特殊的設計，提高了Si材料的使用量（可達70%以上），極大的提高了負極的容量（最高可達3000mAh/g）。同時這一設計還提高了負極的Li+擴散速度，極大的提高了電池快速充電的特性（最快可在5分鐘內充電75%），并且顯著改善了電池的低溫性能（-40℃正常充電）。Enevate的這項工作很好的解決了電動汽車續航里程短、充電時間長的難題，為電動汽車的推廣應用掃除了主要障礙，如果該技術能夠將成本控制在較低的范圍內，并盡快推廣應用，相信在不遠的將來，電動汽車將會迅速推廣普及，進入尋常百姓家。