刚刚闭幕的国际消费电子展（CES）是全球最大、影响范围最广的消费类电子技术展会，通常CES是传统消费类电子厂商和IT厂商的舞台，但是今年的CES展会上一家锂离子电池企业却吸引了全球的目光——Enevate公司。Enevate公司在CES展会推出了面向电动汽车的HD-Energy技术，该技术允许锂离子电池在5min内充电75%，同时将电动汽车的续航里程最多提高50%，并且能够让锂离子电池在低温-40℃正常进行充电。Enevate公司凭借这一技术在智能汽车与无人驾驶、环保设计和可持续技术和成就更美好的技术三个类别中分别斩获创新大奖。Enevate公司的首席技术官Dr. Benjamin Y. Park和研发总监Dr. Frederic Bonhomme为我们带来了HD energy技术解读。
传统的锂离子电池一般采用石墨或石墨+Si混合（Si含量一般小于10%）作为锂离子电池的负极，受到石墨负极的动力学条件的限制，在大电流充电时非常容易在负极的表面析出金属Li，导致电池的容量急剧衰降，在低温下电池的动力学条件变差，析锂现象将更为严重。
Enevate公司设计的负极Si含量高达70%，并且所有的负极成分均是能够嵌锂的活性成分，这一设计不但使得Enevate的Si负极能够储存4倍于石墨负极的能量，同时也赋予了该电极快速充电特性、优异的低温特性和杰出的安全特性。
下面是Enevate的Si负极的一些技术指标，供大家参考。
Si含量：>70%；
比容量：3000mAh/g；
在锂离子电池中应用1500mAh/g的负极设计，可以使得锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度分别达到800Wh/L和300Wh/kg；
高库伦效率：负极首次效率93%，全电池大约90%；
高压实密度：1-1.5g/cm3；
Si比表面积：<10m2/g；
适合大批量生产工艺。
上图为Enevate所采用的生产工艺，可以看到Enevate的工艺与传统的锂离子电池的生产工艺基本一致，但是Enevate的负极中没有添加到导电剂，而是采用石墨作为导电剂和活性物质，Si材料作为主要的活性物质，同时在Si的表面包覆一层纳米SiC作为保护层，然后通过Enevate公司的特殊处理工艺，将负极牢牢的固定在铜箔上。
下图为采用Enevate的工艺制备的负极与NMC正极材料组成的锂离子电池的循环性能曲线，可以看到在0.5C充放的情况下循环1000次，电池的容量保持率可达85%，表现出了优异的循环性能。
传统的石墨负极锂离子电池在快速充电的情况下，由于负极析Li的问题导致电池容量衰减很快，而Enevate公司制备的负极由于特殊的设计，能够保证在大电流充电时负极不析Li，极大的改善电池在快速充电情况下的循环性能，下图为4C充电／0.5C放电情况下的电池的循环曲线，可以看到电池在循环500次后，容量保持率可达90%，表明该电极具有优异的快速充电特性。在极限情况下采用Enevate负极的电池甚至可以在5分钟内充电75%，而不造成电池显著的容量衰减，这一充电速度是传统石墨电池充电速度的10倍以上。
传统的锂离子电池由于负极析Li的原因，无法在0℃以下进行充电，而 Enevate公司的负极因为独特的设计，使得负极具有极好的Li+扩散特性，从而保证电池在-40℃下也能够正常充电，而不产生析Li问题。
从下图的数据可以看到，在-20℃下分别以0.3C、0.7C、1C、2C、3C、5C和7C倍率下进行充电后，电池的容量没有任何衰降，表明了电池优异的低温性能。
Enevate电池的主要特点可以总结如下
超级快充：能够在5分钟内充电75%，并且不会造成电池的寿命明显的衰降，这是传统石墨负极电池充电速度的10倍以上。
高能量密度： Enevate工艺制备的Si负极，可以将电池的重量比能量提高到300Wh/kg，体积比能量提高到1000Wh/L。
优异的低温性能：Enevate负极能够保证电池在-40℃下正常进行充放电。
安全性能提高：避免在快速充电和低温充电时金属Li的析出，减少电池内短路的风险。
Enevate推出的HD energy技术抓住了动力电池的痛点：能量密度和充电速度。Enevate通过特殊的设计，提高了Si材料的使用量（可达70%以上），极大的提高了负极的容量（最高可达3000mAh/g）。同时这一设计还提高了负极的Li+扩散速度，极大的提高了电池快速充电的特性（最快可在5分钟内充电75%），并且显著改善了电池的低温性能（-40℃正常充电）。Enevate的这项工作很好的解决了电动汽车续航里程短、充电时间长的难题，为电动汽车的推广应用扫除了主要障碍，如果该技术能够将成本控制在较低的范围内，并尽快推广应用，相信在不远的将来，电动汽车将会迅速推广普及，进入寻常百姓家。
