鋰電池包技術(shù)發(fā)展緩慢，電池技術(shù)何時(shí)才會(huì)有突破?

來源：未知  日期：2018-07-17 09:27  瀏覽量：次

　　鋰電池包技術(shù)發(fā)展緩慢，電池技術(shù)何時(shí)才會(huì)有突破?鋰電池包它之所以發(fā)展得那么慢，很大程度上是因?yàn)閹缀趺恳稽c(diǎn)微小的進(jìn)步或改變，都需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和測試，以保證安全和穩(wěn)定。即使是發(fā)現(xiàn)了對于提升能量密度很有幫助的材料，都不能保證它真的能用。

　　近些年來，研究人員努力提高鋰電池包的能量密度、價(jià)值、安全性、環(huán)境影響以及試用壽命，并在設(shè)計(jì)全新類型的電池。那么，電池技術(shù)何時(shí)才能有革命性的突破?

　　一、傳統(tǒng)鋰電池包技術(shù)發(fā)展緩慢，進(jìn)一步優(yōu)化的空間有限

　　消費(fèi)電子、汽車和電網(wǎng)存儲(chǔ)是目前電池主要應(yīng)用的三個(gè)行業(yè)。存能電氣小編把這三個(gè)行業(yè)稱為人們與電池連接的三大領(lǐng)域。每個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄姵囟加胁煌囊?，因此所使用的電池也可能大不相同?/span>

　　在你口袋里的手機(jī)需要結(jié)實(shí)、安全的電池，重量和成本倒不用太考慮。

　　而對于汽車電池行業(yè)而言，需要的電池很多，因此成本和重量以及循環(huán)使用壽命(如果新特斯拉每兩年需要更換一次新電池，你會(huì)抓狂的)就變得十分重要。

　　用于存儲(chǔ)房屋和電網(wǎng)的電力的電池對重量或尺寸要求則不高。

　　幾乎電子行業(yè)的每一個(gè)部分都需要電池，從而也都受到電池的功率輸出和能量壽命的限制。電池的發(fā)展或進(jìn)步比其他領(lǐng)域慢得多，這是電池本身的局限性，你不能指望有能給手機(jī)供電一周或一個(gè)月的電池。因?yàn)椋鎯?chǔ)在電池中的最大能量是由固有的元素決定。

　　由于鋰離子是最輕的堿金屬元素，擁有著更小、更輕、能量密度更高的特性，所以迅速取代了鎳電池。在鋰電池包的構(gòu)成物質(zhì)中，有磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料，但要靠著“鋰離子”這個(gè)元素在正、負(fù)極中的嵌入與脫出，才可實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，最終完成充放電過程。

　　然而，鋰電池包的技術(shù)進(jìn)步發(fā)展緩慢。目前鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速增長的電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車等的需求。現(xiàn)在傳統(tǒng)鋰電池技術(shù)已接近瓶頸，進(jìn)一步優(yōu)化的空間有限。

　　二、科學(xué)家正致力于研發(fā)新型鋰電池

　　目前，科學(xué)家正致力于研發(fā)儲(chǔ)能更強(qiáng)、壽命更長的新型電池，特別是在不同的領(lǐng)域開發(fā)出更為適合的電池，因?yàn)闆]有一種電池可以適用所有領(lǐng)域。

　　1、不久前，中國科學(xué)家開發(fā)出一種可在零下70攝氏度使用的鋰電池，未來有望在地球極寒地區(qū)，甚至外太空使用，聽起來真是“吊炸天”。據(jù)研究人員稱，這種新電池使用的材料成本不高，還環(huán)保，但要想將其商業(yè)化尚有待時(shí)日，主要問題是其能量密度太低，還比不上傳統(tǒng)的鋰電池包。

　　2、在汽車行業(yè)中，電池最終決定了汽車的壽命，也決定了人們對于電動(dòng)汽車的恐懼和焦慮。為了解決這個(gè)問題，工程師和科學(xué)家正在嘗試將更多的電壓容量填充到電池中。目前，大量的研究致力于尋找新的材料和化學(xué)品以輔助或替換鋰離子晶格或電池的其它部分。

　　例如一些創(chuàng)新的做法，將傳統(tǒng)的石墨陽極晶格可以替換為硅，會(huì)擁有10倍多的鋰離子，但硅在吸收鋰離子時(shí)會(huì)膨脹，所以研究者們需要解決這個(gè)問題;將鋰金屬代替晶格充當(dāng)陽極，但是有可能它在充電時(shí)會(huì)發(fā)生短路。而這是自鋰電池問世二三十年以來，令電池制造商一直頭疼的老大難問題。

　　3、琢磨電池的“心臟”——電極/電解液界面。在所有的環(huán)境因素中，溫度對電池的充放電性能影響最大。中國復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、新能源研究院教授夏永姚帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出耐寒新電池，采用凝固點(diǎn)低、可在極端低溫條件下導(dǎo)電的乙酸乙酯作為電解液，并使用兩種有機(jī)化合物分別作為電極的陰極和陽極。

　　乙酸乙酯電解液和有機(jī)高分子電極讓可充電電池在零下70攝氏度的極低溫條件下工作?！毙码姵氐牟牧铣渥?、便宜且環(huán)保，他預(yù)計(jì)這種材料的價(jià)格只有傳統(tǒng)鋰電池電極材料的約三分之一。

　　要知道，在俄羅斯和加拿大等極寒地區(qū)，溫度低于零下50攝氏度;在太空中，溫度低至零下157攝氏度。而傳統(tǒng)鋰電池包在零下20攝氏度時(shí)性能只有其最優(yōu)水平的50%，零下40攝氏度時(shí)只有最優(yōu)水平的12%。

　　新電池目前還是在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化面臨的主要挑戰(zhàn)是這種電池的單位質(zhì)量能量與已商業(yè)化的鋰電池尚有差距，生產(chǎn)過程還需優(yōu)化，但具顯著應(yīng)用潛力，因此，正在努力攻克難題。

　　三、使用石墨烯材料的電池表現(xiàn)出色

　　石墨烯材料

　　既然鋰電池包技術(shù)遇到瓶頸，人們就想到一些另辟蹊徑的辦法，間接有效解決用戶對續(xù)航的需求，而在研究中發(fā)現(xiàn)，使用石墨烯材料的電池表現(xiàn)出色。

　　據(jù)介紹，采用石墨烯材料的電池主要優(yōu)勢在于其使用壽命、充電速度、耐高溫。石墨烯電池2000次充放電衰減率15%以內(nèi)，同比普通鋰電池約40-80%，充電速度5000毫安時(shí)的半小時(shí)可以充滿，如果電路設(shè)計(jì)合適，理論上可以5秒以內(nèi)充滿。與此同時(shí)，通過利用石墨烯高效散熱的特點(diǎn)，同等工況下電池溫度降低5℃。

　　但是，目前有關(guān)石墨烯材料的電池的技術(shù)研究大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未達(dá)到實(shí)用化，離大批量生產(chǎn)還有很長的路要走。

　　四、超級電容技術(shù)應(yīng)用前景廣闊

　　超級電容器

　　超級電容器之所以稱之為“超級”的原因，在于其是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲(chǔ)存電能。但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電數(shù)十萬次。其在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。由此，龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得它較傳統(tǒng)電容器而言，有驚人大的靜電容量。

　　相比傳統(tǒng)的化學(xué)電池，以大容量、高功率、長壽命、成本低廉和環(huán)保等優(yōu)越性能著稱的超級電容器，具有非常大的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，推動(dòng)其應(yīng)用范圍從最初的電子設(shè)備領(lǐng)域擴(kuò)展到動(dòng)力、儲(chǔ)能領(lǐng)域。

　　雖然鋰電池包技術(shù)發(fā)展緩慢，但是研究人員正在設(shè)計(jì)新型鋰電池，我相信，鋰電池技術(shù)突破指日可待，并且會(huì)研發(fā)創(chuàng)造出更優(yōu)質(zhì)、更受歡迎的鋰電池。