北大发布新研究:智能手机锂电池有望更小更耐用
让手机锂电池具备高而稳定的储能密度,是提升电池使用性能的关键。 近日,北京大学深圳研究生院新材料学院教授潘锋团队研发了一种锂电池钴酸锂正极材料,让电池储能密度首次接近理论极限。未来,智能手机锂电池的体积将更小,使用时间将更长。
“手机使用的锂电池正极材料通常是钴酸锂层状氧化物,它的可逆比容量理论上能达到274毫安时每克。这个数值越高,代表电池的储能能力越强,能在相同条件下使用更长时间。”潘锋说,但实际情况是,在钴酸锂的层状结构中,只有50%至60%的锂能可以在充放电过程中被充分利用,对应获得的可逆比容量只有140至165毫安时每克。
为了接近理想的锂电池利用率,团队创新性地设计了一种梯度无序结构的钴酸锂正极材料——具备界面阻抗低、有效电压高等特点,表现出对化学机械应变的强大抵抗力,最大限度减少了界面副反应的发生,减轻了材料在高电压下的不可逆相变。
这些改进将锂电池利用率提高至93%,可逆比容量达256毫安时每克,首次实现了储能密度接近理论极限。
潘锋说,该材料还表现出超越现有高电压钴酸锂材料的高循环稳定性,这些优异的性能正好和需要高能量、高功率的无人机电池相适配。
研究成果近日发表于国际顶级能源期刊《先进材料》上。目前,团队正在推进新材料的产业化,进一步开发实用、高性能的新型锂电池正极材料。
湖南这所大学,盛产电池狂人
“今年我出差去了几次湖南,挖一挖中南大学校友圈。”
熊卫任职于北京一家知名的VC机构,从去年开始专研新能源电池赛道,此前接触了两个项目,最后发现对方核心团队几乎都是毕业于中南大学,这一幕令他感到惊讶。
“除了长三角,关注新能源、新材料 同事可以多去湖南看看项目。”熊卫的合伙人最近在内部会议里强调。而坐落于湖南长沙的中南大学,乍听之下觉得陌生,但在业内被称为中国锂电池行业的“黄埔军校”。
眼下,VC圈似乎无人不投新能源 。你可能不知道,比亚迪董事长王传福、容百科技创始人白厚善、镍氢动力电池科力远集团董事长钟发平、鹏辉能源创始人夏信德、动力电池回收龙头格林美创始人许开华、中国科学院院士欧阳明高教授……活跃在新能源赛道,他们都有着同一个母校,便是中南大学。
王传福母校,一所被低估的大学
走出一个电池军团
从中南大学走出最知名的电池大佬,莫过于比亚迪掌舵人王传福 。
早年间,王传福从中南矿冶学院(现为中南大学)冶金物理化学 专业。毕业后,他进入北京有色金属研究总院攻读硕士,并留院工作,后因研究成果突出,被破格提拔为有研院301所副主任。
1995年,29岁的王传福看准机会,在深圳创办了比亚迪公司,起初主要从事二次充电电池的研究、开发、制造和销售,将日本不愿生产的镍镉电池转移到了中国市场。彼时镍镉电池是自动化生产线,成本高达上千万元,王传福用人工加自制设备替代自动化流水线,硬是血拼出了一条电池生产线。2000年,趁着手机市场火热,比亚迪相继拿下了摩托罗拉、诺基亚的手机电池订单。这便是比亚迪前传。
此后二十余年,王传福靠着小小的手机电池起家,缔造了一个庞大的新能源汽车版图,至今覆盖了新能源汽车、动力电池、半导体。今年6月,比亚迪A股市值首次破万亿,这也是首个跻身万亿市值俱乐部的汽车自主品牌。
还有容百科技创始人白厚善 ,出身于中南大学有色冶金专业 。白厚善是正极材料行业资深的技术专家和企业家,曾主导过国内第一家正极材料上市公司当升科技。离开当升科技以后,白厚善开始了自己的二次创业,创立了容百科技,公司核心业务依然是锂电池正极材料。随后几年,容百科技已经成长为全球领先的高镍三元正极材料供应商。2019年,白厚善带着容百科技登陆上海证券交易所科创板,最新市值超490亿元。
毕业于中南大学化学化工学院 的钟发平 ,也是一位电池猛人。出生于湖南桃源,钟发平于1981年考入中南大学的前身中南矿冶学院,开始接触电池科学。本科毕业留校后,钟发平继续攻读研究生,后进入武汉大学读博士。此后,钟发平进入了中科院系统,并于1993年被聘为清华大学现代物理学副教授。随后,钟发平被借调到国家储能材料工程中心暨镍氢电池中试基地,负责一个科技攻关项目——镍氢电池生产关键技术及成果转化,这为其后来创业埋下了伏笔。
1998年,钟发平回湘创业,成立了长沙力元新材料有限公司,亲自带队自主研发生产连续化带状泡沫镍材料,填补了我国新能源材料领域空白,打破了国外垄断。2003年,长沙力元新材料在上交所挂牌上市,并于2008年完成股份制改革,并更名为湖南科力远新能源股份有限公司,最新市值150多亿元。
此外,眼下活跃的锂电池公司大多与中南大学有着千丝万缕的联系。譬如,产销规模全球第一的锂离子电池正极材料制造商杉杉股份,一部分技术来自于中南大学团队。
2003年11月,杉杉股份并购中南大学博士彭文杰创建的锂电池正极材料企业-——长沙锂星科技发展有限公司,经重组后共同成立湖南杉杉新材料有限公司。2021年9月,全球新能源巨头巴斯夫收购湖南杉杉能源51%股权,合资组建巴斯夫杉杉电池材料有限公司,并将锂电材料亚洲研发总部、正极材料中国区行政总部设立在长沙。
还有动力电池鹏辉能源创始人夏信德 ,曾就读中南大学冶金物理化学专业;提供镍氢/锂离子充电电池、动力电源及储能系统的豪鹏国际集团,掌舵人潘党育 于1990年获得中南大学冶金机械学士学位;动力电池回收龙头格林美,是由原中南大学冶金科学与工程学院教授许开华 创立;以及新能源圈赫赫有名的欧阳明高教授 ,也曾就读于中南大学车辆工程专业……这一份名单很长很长。
为何是中南大学?
跨湘江两岸,依巍巍岳麓,临滔滔湘水的中南大学,十分低调,在全国范围内并不算知名。
2000年,原湖南医科大学、长沙铁道学院与中南工业大学合并组建了中南大学,而后入选国家“211工程”首批重点建设高校、国家“985工程”部省重点共建高水平大学,2017年9月入选世界一流大学A类建设高校。
事实上,中南大学合并的三所学校不容小觑。其中,长沙铁道学院的前身是创建于1953年的中南土木建筑学院,与清华大学和同济大学齐名,被誉为中国土木工程“三驾马车”。而中南工业大学的前身是创建于1952年的中南矿冶学院,矿科专业享誉海内外,全国第一,被誉为中国“矿冶黄埔”。
“2021软科中国最好学科排名”排名榜上,中南大学共有43个学科上榜,上榜学科数量位居全国第11,同样是湖南省第一。其中冶金工程、矿业工程2个学科成为中国顶尖学科,还有10个学科进入全国前10%。
其中,材料学是中南大学的王牌学科之一 。中南大学材料学科有着悠久的历史,始建于1952年全国院系调整时期,2002年中南大学材料科学与工程学院正式成立,简称材料学院。目前, 学院拥有“材料科学与工程”一级国家重点学科及材料学,材料物理学、材料加工工程3个二级国家重点学科,是国家“211工程”、“985工程”高校中少数几所拥有3个二级国家重点学科的材料学院之一。
尤其在高性能碳/碳复合材料、高性能铝合金材料、粉末冶金新材料以及能源新材料四大领域,中南大学已跻身世界领先行列。中南大学主导研发的新材料应用在众多的航空航天器、国防型号武器装备上。
而在能源领域,中南大学拥有世界级完备的“地采选冶材”有色金属学科体系链系,形成了具有世界先进水平的有色金属学科群,被学界、产业界赞誉的“没有矿山的有色金属之都”。从当年的冶金到现在的锂电池,中南学子遍布。业内流传一个说法,全国锂电池企业中,70%的研发人员出自中南大学。
为何中南大学能够缔造一个新能源军团?
其实早在上世纪90年代,在教授创业还不盛行的时候,中南大学“技术派创业”氛围便十分浓厚,成果也十分显著。据了解,博云新材、山河智能以及杉杉能源等企业,大多是中南大学教授们的“杰作”。
此外,中南大学十分重视校企合作,为学生创造了良好的研究和就业环境。湖南电将军新能源公司曾与中南大学历时5年联合开发的富铝锂电池新技术,为全球首创。该技术不仅极大提升电池的高功率性能,具有极好的安全性能,还解决了现有锂电池产品不耐低温的难题,即使是在零下50摄氏度的低温下也能稳定工作。
而在积极推动科研成果转化方面,中南大学部署了“基础研究-应用研究-技术开发-产品设计-产业化”的完整创新价值链,学校科研人员的成果可实现与市场无缝对接。目前,4000平方米的孵化基地、5条生产线及相关设施及9万平方米产业化基地已建成。为孵化更多高成长型中小企业,中南大学还争取国家发改委支持,设立了湖南新材料产业创业投资基金。
“我们对技术有着一种近乎偏执的追求。 ”中南大学教授、博士生导师李新海在接受湖南日报采访时曾如是说。
“惟楚有材,于斯为盛”。每年一批又一批中南大学学子走出校园,走上新能源的战场。
从新能源到新材料,火了
VC/PE去湖南
透过中南大学,我们得以重新认识中部第一大省——湖南。
在大家的日常印象中,湖南省有着网红城市长沙、湖南卫视、伟人故里、洞庭湖、南岳衡山、湘菜等诸多特色标签,却又很少人真正了解湖南省在新能源、新材料领域的优势。去年,当投资人涌向长沙投新消费时,还有一批投资人活跃在湖南各城市找新能源、新材料项目。
外界可能不知,湖南新能源、新材料产业发展迅猛,目前新型轻合金、化工新材料、炭基材料、显示功能材料、先进陶瓷材料、先进硬质材料、先进储能材料7条具有湖南特色的新材料优势产业链已经成型。其中,先进储能材料的品种、规模和市场占有率均居全国第一。
尤其在新能源材料领域,湖南更是跑出了一批批黑马,成为创投圈炙手可热的公司。
今年5月,锂离子电池材料商法恩莱特新能源发生工商变更,股东新增北京小米智造股权投资基金合伙企业(有限合伙)、湖北小米长江产业基金合伙企业(有限合伙)为股东,持股比例均为5%。2014年,邵俊华在河南创立了法恩莱特,瞄准锂电池电解液领域。3年后,邵俊华相中了长沙的产业生态,毅然落户宁乡高新区。
无独有偶,宁德时代、比亚迪、尚颀资本曾在2020年一同跑到湖南省湘潭市 ,投资了磷酸铁锂龙头湖南裕能。成立于2016年,湖南裕能由湘潭电化等股东共同发起设立,专注于磷酸铁锂和镍钴锰三元材料研发、生产和销售。资料显示,湖南裕能2021年在国内磷酸铁锂正极材料领域的市场占有率为25%,磷酸铁锂出货量排名全国第一。如今,湖南裕能已经踏上IPO征程,现已顺利过会。
还有位于湖南常德 的中锂新材,身后也站着国中资本、德联资本、高新创投、中科招商、联创资本等一众VC/PE机构。成立于2012年,中锂新材坐落于国家级常德经济技术开发区,是一家专业从事先进高分子膜材料企业。2017年,上市公司长园集团完成了对中锂新材的并购。
不止于此,包括长沙、株洲、湘潭三市的长株潭新材料产业密集区,聚集着巴斯夫杉杉、科力远等先进储能材料公司,株硬集团、岱勒新材等先进硬质材料公司,博云新材、时代新材等先进复合材料厂商;位于岳阳市的精细化工材料产业密集区有巴陵石化、岳化化工、长炼石油等公司;郴州衡阳有色金属材料产业密集区有着国内唯一一家以白银为主业的A股上市公司——金贵银业……不胜枚举。
这是一场波澜壮阔的产业变迁。 不同于互联网公司主要聚集一线城市,这些不起眼的新能源、新材料公司往往遍布中国各地。正如当年宁德时代与宁德这座城市互相成就,如今中国中部也在崛起了一批新材料、新能源产业重镇。下一个宁德时代,也许已经出现了。
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