鉅大LARGE | 點擊量：539次 | 2022年03月29日
鋰離子電池包技術發(fā)展緩慢，電池技術何時才會有突破?
鋰離子電池包技術發(fā)展緩慢，電池技術何時才會有突破?鋰離子電池包它之所以發(fā)展得那么慢，很大程度上是因為幾乎每一點微小的進步或改變，都要經(jīng)過大量的實驗和測試，以保證安全和穩(wěn)定。即使是發(fā)現(xiàn)了關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離子電池包的能量密度、價值、安全性、環(huán)境影響以及試用壽命，并在設計全新類型的電池。那么，電池技術何時才能有革命性的突破?
一、傳統(tǒng)鋰離子電池包技術發(fā)展緩慢，進一步優(yōu)化的空間有限
消費電子、汽車和電網(wǎng)存儲是目前電池重要應用的三個行業(yè)。小編把這三個行業(yè)稱為人們與電池連接的三大領域。每個領域?qū)﹄姵囟加胁煌囊?，因此所使用的電池也可能大不相同?/p>
在你口袋里的手機要結實、安全的電池，重量和成本倒不用太考慮。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而關于汽車電池行業(yè)而言，要的電池很多，因此成本和重量以及循環(huán)使用壽命(假如新特斯拉每兩年要更換一次新電池，你會抓狂的)就變得十分重要。
用于存儲房屋和電網(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)的每一個部分都要電池，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)展或進步比其他領域慢得多，這是電池本身的局限性，你不能指望有能給手機供電一周或一個月的電池。因為，存儲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。在鋰離子電池包的構成物質(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”這個元素在正、負極中的嵌入與脫出，才可實現(xiàn)電能與化學能的相互轉(zhuǎn)化，最終完成充放電過程。
然而，鋰離子電池包的技術進步發(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，都遠遠高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速上升的電子產(chǎn)品、電動汽車等的需求?，F(xiàn)在傳統(tǒng)鋰離子電池技術已接近瓶頸，進一步優(yōu)化的空間有限。
二、科學家正致力于研發(fā)新型鋰離子電池
目前，科學家正致力于研發(fā)儲能更強、壽命更長的新型電池，特別是在不同的領域開發(fā)出更為適合的電池，因為沒有一種電池可以適用所有領域。
1、不久前，我國科學家開發(fā)出一種可在零下70攝氏度使用的鋰離子電池，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)化尚有待時日，重要問題是其能量密度太低，還比不上傳統(tǒng)的鋰離子電池包。
2、在汽車行業(yè)中，電池最終決定了汽車的壽命，也決定了人們關于電動汽車的恐懼和焦慮。為了解決這個問題，工程師和科學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，會擁有10倍多的鋰離子，但硅在吸收鋰離子時會膨脹，所以研究者們要解決這個問題;將鋰金屬代替晶格充當陽極，但是有可能它在充電時會發(fā)生短路。而這是自鋰離子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。我國復旦大學化學系、新能源研究院教授夏永姚帶領團隊開發(fā)出耐寒新電池，采用凝固點低、可在極端低溫條件下導電的乙酸乙酯作為電解液，并使用兩種有機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，他預計這種材料的價格只有傳統(tǒng)鋰離子電池電極材料的約三分之一。
要了解，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)鋰離子電池包在零下20攝氏度時性能只有其最優(yōu)水平的50%，零下40攝氏度時只有最優(yōu)水平的12%。
新電池目前還是在實驗室階段，實現(xiàn)產(chǎn)品化面對的重要挑戰(zhàn)是這種電池的單位質(zhì)量能量與已商業(yè)化的鋰離子電池尚有差距，生產(chǎn)過程還需優(yōu)化，但具顯著應用潛力，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
既然鋰離子電池包技術遇到瓶頸，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重要優(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)，同比普通鋰離子電池約40-80%，充電速度5000毫安時的半小時可以充滿，假如電路設計合適，理論上可以5秒以內(nèi)充滿。與此同時，通過利用石墨烯高效散熱的特點，同等工況下電池溫度降低5℃。
但是，目前有關石墨烯材料的電池的技術研究大多處于實驗室階段，尚未達到實用化，離大批量生產(chǎn)還有很長的路要走。
四、超級電容技術應用前景廣闊
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，重要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。其在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、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，具有非常大的應用前景。隨著技術不斷發(fā)展，推動其應用范圍從最初的電子設備領域擴展到動力、儲能領域。
雖然鋰離子電池包技術發(fā)展緩慢，但是研究人員正在設計新型鋰離子電池，我相信，鋰離子電池技術突破指日可待，并且會研發(fā)創(chuàng)造出更優(yōu)質(zhì)、更受歡迎的鋰離子電池。
