特斯拉固态电池新突破：一撮苏打粉，解决电池寿命问题
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“炼金术士”马斯克刚刚在固态电池领域取得了0-1的突破。
特斯拉最新专利公开，讲述新材料如何提高电池循环寿命。
改善了多少？大约10%。
不太令人印象深刻？
但特斯拉的新成果是，其首次将之前只在理论上可行的电池正极材料变成了现实，为固态电池技术的后续发展打开了一扇新的大门。
新材料的应用，或许将再次改写能源领域。
特斯拉新电池材料到底有何过人之处？
我们先来看实验结果：
经过50次充放电循环后，采用特斯拉新正极材料制成的电池总容量衰减至约94%。
在对比实验中，没有采用特斯拉新配方的电池总容量下降了10%左右。
如果按照绝对里程来计算，50次充放电大概相当于车辆使用2万公里左右。
因此，如果放到续航里程至少六七万公里甚至十万公里的普通家用车的真实情况来看，特斯拉新正极材料对于电池衰减的改善其实非常有限。换言之，距离汽车真正的量产还有很长的路要走。
不过特斯拉新专利的厉害之处在于，它突破了电池行业一个长期存在的难题——富锰正极材料。
解决方法是撒上少许小苏打。
固态电池正在汽车上使用，小苏打有用吗？
至于电池，大家都很熟悉了，主要原理就是在闭环中实现氧化还原反应。
电池的放电过程是由电解液中电位比较正、比较稳定的氧化剂，电池的正极在反应中获得电子，也就是说负极上的电子通过电解液到达正极，将带正电的离子还原，在这个过程中释放出能量。
充电是相反的氧化反应。
正极—电解液—负极，这个基本结构从1799年伏特发明电池以来就没有改变过。
任何与电池相关的创新都是这三个部分的综合。
比如目前比较流行的固态电池概念，将传统电池中的液态电解质替换为固体电解质，从而实现体积小、容量大、充放电速度快等特点。
然而，提高电池性能不仅仅在于电解质，正极和负极材料的创新也至关重要。
例如最常见的三元锂或磷酸铁锂电池，就是根据正极材料来命名的。
一般来说，三元锂电池正极为锂镍钴锰氧化物（Li()O2）或锂镍钴铝氧化物，负极为石墨材料，其优点是能量密度高、充放电速度快、低温衰减轻。
但缺点也很明显，成本较高，主要是因为地球上钴的储量远远少于锰或镍。
所以三元锂电池高镍化是我们现在追求的方向，但是全球镍矿的静态开采周期只有35年左右。
磷酸铁锂电池在成本方面有诸多优势，但电池寿命、抗衰减能力不如三元锂。
有没有能够平衡能量密度和成本的正极材料？
现在有很多尝试，其中一种是富锰正极材料，比如锂锰氧化物，它是1981年首次人工合成的，是一种具有三维锂离子通道的正极材料。
不用说，地球上锂、锰的储量远高于钴、镍（几十亿吨和几百万吨的差别），所以成本问题就解决了。
此外，锰酸锂还具有电位高、环境友好、安全性能高等优点，被公认为最有希望取代钴酸锂而成为新一代锂离子电池正极材料。
在下一代固态电池技术中，富锰正极材料与复合锂金属负极的结合，成为一条被广泛看好的量产前景的路线。
但是~凡事总有个“但是”，包括锂锰氧化物在内的富锰正极材料，都有一个致命的缺陷，就是电池容量衰减快，电池寿命严重缩短。
其机理涉及多个因素，一方面，在充放电过程中，锰离子容易溶解到电解液中，导致材料中锰含量降低，进而引起电压衰减。
另一方面，正极材料的结构破坏也是电压衰减的重要因素，在充放电过程中，富锂锰基正极材料会发生体积变化，产生晶体应变、断裂，从而破坏材料结构，进一步造成电压衰减。
所以方法也可以从这两个方面入手。
特斯拉的新专利采用掺杂适量过渡金属离子的方法来提高材料的质量和稳定性，减少溶解和沉淀，进而减少电压衰减。
一般来说，可以掺杂锌、铁、镍等金属离子，但考虑到“降低电池成本”的根本诉求，特斯拉选择掺杂镁（氟化镁）和钠（碳酸钠）。
氟化镁可能不是普通人常用的，一般用在冶金、陶瓷、光学等领域。但是碳酸钠，也就是小苏打，我们却非常熟悉。
当然，这里的碳酸钠是工业级产品，其纯度与你我厨房里的小苏打有很大不同。
虽然特斯拉的新专利只是朝着富锰正极材料在车辆中的应用迈出的一小步，但其意义却不容小觑：
将之前仅“在理论上”可用的电池正极材料变成现实。
如果用于现有的液体电池，它可以显著降低成本并提高性能。
但更重要的是固态电池未来的应用：在正极方面，低成本、高性能的富锰材料自然可以满足需求，而现在特斯拉又为续航问题提供了同样低成本的解决方案。
解决电动汽车续航里程、成本和性能之间看似不可能三角关系的关键，就静静地躺在我们的厨房里。
马斯克院士现在有了一个新头衔：炼金术士。
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