鋰離子防爆電池應(yīng)用廣泛,前景廣闊嗎？

發(fā)布日期：2018-03-22 作者：博力美點(diǎn)擊：

我們被鋰包圍了。鋰電池已是手機(jī)、電腦、電動(dòng)車的標(biāo)配；如果博力美的“能量墻”預(yù)示了未來(lái)，鋰電池還會(huì)成為現(xiàn)代家居生活的核心。

不過(guò)，“鋰電池”三個(gè)字，其實(shí)涵蓋了各種各樣的技術(shù)，它們區(qū)別極大。中科院蘇州納米所的研究員陳立桅說(shuō)，一般大家熟悉的鋰電池，實(shí)際是“鋰離子電池”。它靠著鋰離子在正、負(fù)極中的嵌入與脫出實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程。

防爆電池

根據(jù)正負(fù)極材料的不同，鋰離子電池可分出很多種。陳立桅介紹說(shuō)，目前手機(jī)電池正極主要使用鈷酸鋰與三元材料，負(fù)極使用石墨類材料。充電時(shí)，正極內(nèi)的鋰離子經(jīng)由電解液運(yùn)動(dòng)到石墨負(fù)極，并嵌入石墨的層間；放電時(shí)，石墨層間的鋰離子脫出，再經(jīng)由電解液運(yùn)動(dòng)回到正極材料中。正、負(fù)極材料儲(chǔ)鋰容量越大，脫鋰、嵌鋰電位差越大，那么電池的能量密度也越高。

“博力美的電池，正極用鎳鈷鋁酸鋰(NCA)?！标惲⑽φf(shuō)。此外，鋰離子電池的正極還有鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等。國(guó)內(nèi)的電池巨頭比亞迪，其電動(dòng)汽車使用的正極材料主要是磷酸亞鐵鋰。

陳立桅說(shuō)，由于目前負(fù)極材料比容量接近正極材料比容量一倍，因此研制更高比容量的正極材料是鋰離子電池提高能量密度的瓶頸因素。雖然鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能等許多性能指標(biāo)上，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池、鎳氫電池等傳統(tǒng)二次電池，但是其能量密度和循環(huán)壽命等性能的提高速度卻還是難以滿足快速增長(zhǎng)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

為了進(jìn)一步提高電池的性能，在研究鋰離子電池之外，全球有不少研究機(jī)構(gòu)和創(chuàng)業(yè)公司致力于新類型的含鋰電池。比如陳立桅研究的鋰硫電池，就是用硫磺做正極，鋰金屬做負(fù)極（嚴(yán)格意義上的鋰電池），其重量能量密度有望比現(xiàn)有的鋰離子電池提高1倍以上。另外，鋰電池的研究熱點(diǎn)還包括鋰空氣電池，以及使用固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池。

“這些新型電池如果獲得實(shí)際應(yīng)用，電池的能量密度就能得到較大的提升，推動(dòng)消費(fèi)類電子、新能源汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的發(fā)展，收益極高，但同時(shí)也存在很大的風(fēng)險(xiǎn)?！标惲⑽φf(shuō)：“經(jīng)常會(huì)有“DEMO”版的新電池問(wèn)世，但即使是發(fā)表在頂級(jí)期刊的成果，在工程化過(guò)程中也遇到很多的“地雷”，想要成功應(yīng)用還存在很多的困難，媒體往往夸大了新電池的性能，對(duì)新技術(shù)過(guò)于樂(lè)觀?！?

“工業(yè)界提高鋰離子電池性能的研發(fā)方法，主要是在成熟體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，針對(duì)性地通過(guò)材料體相摻雜、表面包覆、電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電解液配方、工藝控制等方法，逐步提高其某些方面的性能表現(xiàn)，同時(shí)盡量減小副作用，確保產(chǎn)品的安全性、可靠性，工業(yè)界一般就是這樣逐步進(jìn)行改善的?！标惲⑽φf(shuō)。

目前，我國(guó)的技術(shù)水平落后于韓國(guó)、日本，領(lǐng)先于歐洲和美國(guó)，過(guò)去主要占據(jù)中、低端市場(chǎng)，但隨著我國(guó)企業(yè)投入的增加，正在向高端市場(chǎng)前進(jìn)。陳立桅說(shuō)，“但是，由于我國(guó)企業(yè)在生產(chǎn)管理、工藝控制、生產(chǎn)自動(dòng)化方面還與日本、韓國(guó)有一定的差距，所以還需要進(jìn)一步的努力。例如，日本電池生產(chǎn)線大約有200個(gè)左右的質(zhì)量控制點(diǎn)，整個(gè)生產(chǎn)流程都在濕度嚴(yán)格控制的環(huán)境中完成，最大程度避免了水分的影響，而我國(guó)電池生產(chǎn)企業(yè)受到成本、條件的影響，質(zhì)量控制點(diǎn)一般僅有20個(gè)左右，好的企業(yè)才能達(dá)到50個(gè)，控制程度還有較大的差距?！?

另外，由于中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)由于過(guò)度投資、產(chǎn)能過(guò)剩，造成企業(yè)間存在嚴(yán)重的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，造成鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量的參差不齊，甚至有一些低質(zhì)量的電池甚至舊電池流入市場(chǎng)，比如“充話費(fèi)送的，用不了幾次的充電寶”，陳立桅說(shuō)。

盡管如此，陳立桅仍然對(duì)中國(guó)鋰電池行業(yè)表示樂(lè)觀。他認(rèn)為，目前我國(guó)已經(jīng)有十幾家大企業(yè)踏踏實(shí)實(shí)地做研發(fā)，這方面的投資也很穩(wěn)定。另外，中科院也設(shè)立了這方面的先導(dǎo)專項(xiàng)，作為專項(xiàng)組成員，陳立桅介紹說(shuō)，以電動(dòng)汽車應(yīng)用需求為牽引，中科院著眼于高性能動(dòng)力鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，而非論文指標(biāo)，這更有可能讓科學(xué)家的科研成果變成造福國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高技術(shù)產(chǎn)品。