成长与蜕变寒暑科技的锌离子电池产业化之路

　　寒暑科技的锌离子电池产业化之路最早是从一篇文章及其相关专利开始的。
　　8年来，寒暑科技见证并参与了锌离子电池从无到有的全过程，也伴随着对锌离子电池的研发深入，不断打磨自身技术，逐步从材料端到应用端实现多个突破，加快推进锌离子电池产业化进程。
　　01
　　锌离子电池产业化探索
　　1991年，日本索尼公司将锂离子电池投入消费电子产品市场，正式开启了锂离子电池的商用时代。三十年来，锂离子电池广泛应用于电子产品、电动工具、交通工具及储能等领域，在全球电池市场堪称一枝独秀。但锂离子电池不能弯曲、不耐高低温，存在起火爆炸等安全隐患，加之锂离子电池所用的锂钴金属资源日益短缺，产业界和学术界一直没放弃对其他替补电池的研究。
　　2012年，清华大学深圳国际研究生院副院长康飞宇教授所带领的＂能源与环境材料创新团队＂经过潜心研究，发现并阐明了锌离子电池可逆电化学反应机制，首创水系锌离子电池体系，并将研究成果发表于《德国应用化学》期刊，引发国内外学术界的广泛关注，＂锌离子电池＂也因此逐渐成为学术热点。
　　康飞宇教授团队关于锌离子电池的研究成果
　　2015年9月，在云集了40多位材料界的中外院士和10余位国外学术大师的＂2015新材料国际发展趋势高层论坛＂上，康飞宇教授团队首创的锌离子电池被＂中国锂电池产业化奠基人＂——中国工程院陈立泉院士介绍为＂中国人发明的锌离子电池＂，更是将锌离子电池的热度推上了一个新的高度。
　　陈立泉院士介绍＂中国人发明的锌离子电池＂
　　但在此之前，或者说在锌离子电池初具雏形之前，它还只停留在实验室阶段，并不为大众所熟知。至少对那时的魏春光博士来说，锌离子电池从实验室到真正商用还有很长一段路要走，但做出绿色安全、能量密度介于铅酸电池和锂离子电池之间的锌离子电池，改变新能源与环保行业，意义重大。
　　于是魏春光博士等人通过清华大学深圳研究生院一次性买断了锌离子电池相关成果专利，并在老师康飞宇教授的大力支持下，与几位师兄在2014年8月共同组建了全球首家致力于锌离子电池产业化的公司——深圳市寒暑科技新能源有限公司（简称＂寒暑科技＂），正式开启了锌离子电池的产业化探索之路。
　　02
　　电池材料到电池应用突破
　　与锂离子电池一样，锌离子电池同样是一个复杂的体系，由正极、负极、隔膜、电解液、集流体、粘结剂和导电剂等关键材料与部件组成。从电池材料到电池组，锌离子电池开发首先要经历实验室内的基础研究，完成材料和配方的性能测试，然后在中试阶段基于对电池能量密度等综合性能的考虑，不断完善生产工艺，最后再投入生产。
　　作为二次锌基电池，锌离子电池通常以金属锌为负极，以含有Zn2+的水溶液为电解液，正极材料则较为多种多样，目前主要有锰基化合物、钒基化合物和普鲁士蓝类似物等。锌离子电池的这些组成部分，各有优缺点。以正极材料为例，锰基化合物具有较高的放电容量和比能量，但存在锰溶解和倍率性能欠缺的问题；钒基化合物的比功率、倍率性能和循环性能较高，但放电电压过低；而普鲁士蓝类似物尽管比容量较低，但工作电压较高。
　　已开发的锌离子电池正负极材料
　　因此在2015年，寒暑科技主要是围绕锌离子电池的正负极、集流体、隔膜等关键性材料进行技术攻关。经过长时间的电池配方和生产工艺改善，寒暑科技在2016年成功开发出AA圆柱锌离子电池，并在遥控玩具车、电动剃须刀等消费电子产品上进行应用，这是寒暑科技锌离子电池首次实现从电池材料到产品应用的突破，也是作为消费电池，首次应用于消费电子领域。
　　AA圆柱锌离子电池应用于遥控玩具车
　　从材料到应用，寒暑科技的锌离子电池产业化之路无疑踏出了巨大的一步，同时也引起了外界的关注。2016年7月起，寒暑科技先后与雄韬股份、倍特力签订合作协议；同年10月17日，内蒙古包头市副书记、市长杜学军一行来访，调研和探讨寒暑科技的锌离子电池产业化进展；次年1月18日，陈立泉院士亲临寒暑科技，实地考察寒暑科技的锌离子电池产业化工作，并给出宝贵建议与指导。
　　陈立泉院士（右二）莅临寒暑科技考察指导
　　03
　　低速动力领域应用
　　在消费电子领域得到应用验证后，寒暑科技把攻关任务聚焦在低速动力领域。
　　2017年7月，寒暑科技研发出方型叠片锌离子电池，并成功应用于两轮电动自行车，首次实现了锌离子电池在低速动力领域的应用。据魏春光博士回忆，锌离子电池刚开始组装到两轮电动自行车上时，各项指标正常，但后来在园区试跑时发现，车辆上坡动力不足，并且只能承载一个人的重量。于是研发人员再次进行多番性能提升与测试，最终使得两轮电动自行车在承载两人的基础上，在坡道地段也能加速行驶。
　　测试方型叠片锌离子电池在两轮电动自行车上的应用
　　同年10月，寒暑科技的锌离子产业化合作也得到进一步深化。雄韬股份与寒暑科技共同建立锌离子电池研发中心，并签订了2000万元的专利授权协议，双方合作促进锌离子电池产业化。
　　与此同时，锌离子电池在两轮电动自行车的应用，只是寒暑科技在低速动力领域试水的第一步。为了拓展锌离子电池在低速动力领域的应用，寒暑科技在2018年开发出能量密度更高的F型锌离子电池，并成功应用于低速四轮电动车。自此，寒暑科技的锌离子电池实现了从两轮电动到四轮电动的低速动力领域应用拓展。
　　F型锌离子电池在低速四轮电动车上的应用
　　04
　　柔性锌离子电池开发
　　近年来，可植入医疗设备和可穿戴电子设备等柔性电子设备得到了快速发展，市场对柔性电池的需求日益增加，但现有电池器件厚度与硬度过大，并不适用于柔性电子设备，加上锂离子电池的安全隐患，也进一步制约了柔性电子设备的发展，因而引发业界对柔性电池的研究与开发。
　　基于柔性电子设备的使用场景与特性，理想的柔性电池应具有相应的灵活性、超薄性以及安全性，因此不仅要求柔性电池具有良好的电化学性能，而且要有优异的机械变形能力，如可弯曲、可折叠、可裁剪等。
　　可弯曲变形与可裁剪的柔性锌离子电池
　　2019年，寒暑科技利用印刷工艺将环境友好的电极材料印刷到薄膜基材上，成功开发出可充电柔性锌离子电池，并应用于电子眼贴、测温贴等设备上。这类新型电池具有柔性化、低成本、轻薄、可定制、安全、环保等优点，可在电子标签、可穿戴设备、心脏监测等领域广泛应用。
　　柔性锌离子电池在电子眼贴/测温贴上的应用
　　05
　　储能产业示范
　　锌离子电池耐冲击、耐穿刺、耐破坏，本征上没有起火爆炸风险，决定了它在储能领域具有无可比拟的优势，因为储能行业的首要痛点就是安全问题。因此，具有超高安全性能的锌离子电池可适用于发电侧、电网侧及用户侧所涉及的风电场、光伏电站、数据中心、油库、基站、煤矿等数十种储能场景。
　　2021年，寒暑科技将锌离子电池开发重点集中在储能领域，先后完成锌基单液流电池与BMS电池管理系统的研发，并与上市公司科陆电子进行合作，共同开展锌离子电池kWh级储能示范。目前寒暑科技组装的2kWh储能电池模组，已被宜春市科陆储能技术有限公司采购。
　　锌基单液流电池+BMS电池管理系统
　　今年，寒暑科技将开展200kWh电池模组示范工作，在原有基础上实现百倍产能的提升。除此之外，寒暑科技还同清华大学、天津大学、中科院物理所、科陆电子、天目湖储能研究院等共同申报锌离子电池国家重点研发项目，目前已通过项目申报答辩。
　　接下来，寒暑科技将深耕储能领域，不断深化锌离子电池产业化布局，加速锌离子电池商业化应用。