鋰電池末路已至？鋁電池蓄勢待發(fā)！

　　本月初，美國斯坦福大學(xué)以戴宏杰教授為首的研究小組發(fā)表了關(guān)于鋁離子電池的論文，一石激起千層浪，專家媒體一致認(rèn)為這是電池行業(yè)的重大突破。據(jù)悉，這種鋁離子電池能實(shí)現(xiàn)快速充放電，且循環(huán)次數(shù)高達(dá)7500次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通鋰電池（一般為300次）。另外，這種鋁電池具有高效耐用、可超快充電、低可燃性、高安全性、低成本等特點(diǎn)。

　　目前市場上的主流電池仍是鋰電池，甚至鎳氫電池亦未完全退出舞臺。鋁離子電池的出現(xiàn)，夸張一點(diǎn)講是顛覆式的，但比被“妖魔化”的石墨烯超級電池多了一層現(xiàn)實(shí)的質(zhì)感。面對如此勁敵，鋰電池的未來會走向何方呢？我們且簡單解析一番。

　　一、鋰離子動力電池遭遇四大瓶頸

　　清華大學(xué)深圳研究生院的賀艷兵教授在“OFweek2015中國鋰電技術(shù)產(chǎn)業(yè)研討會”上表示，目前鋰離子動力電池發(fā)展有四大瓶頸：能量密度低、快速充電性能差、低溫充放電性能差以及安全性差。

　　電池的能量密度是指電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。賀教授認(rèn)為正負(fù)極材料的比容量低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。

　　四川興能新材料有限公司研究院副院長龔本利在“OFweek2015中國鋰電技術(shù)產(chǎn)業(yè)研討會”上表示鋰離子產(chǎn)業(yè)化非常精細(xì)，利用率很高，實(shí)際能量密度與理論能量密度的比值最高可達(dá)61%，實(shí)際能量密度在150-220Wh/kg，而在可以預(yù)見的未來，終極目標(biāo)樂觀估值可達(dá)500-700 Wh/kg。

　　普通鋰離子電池的能量密度較低這點(diǎn)毋庸置疑，唯有加大科研力度才是解決的辦法。

　　快速充電性能差則表現(xiàn)在兩個方面：鋰離子在石墨電極內(nèi)部擴(kuò)散慢，在電極內(nèi)部運(yùn)輸慢；而低溫充放電性能差與鋰離子在電極內(nèi)部的擴(kuò)散路徑長和電解液的低溫活度小有關(guān)系；消費(fèi)者最關(guān)心的安全性問題歸根結(jié)底是電極材料與液態(tài)電解液反應(yīng)活性大的問題。

　　以上四大瓶頸是鋰電池科研工作者一直想破解的問題，下面我們從材料層面來說說。

　　單就電解質(zhì)而言，目前鋰離子電池主要是用液態(tài)電解質(zhì)，但液態(tài)電解質(zhì)的缺點(diǎn)十分明顯：易燃、易滲漏、與碳負(fù)極材料具有很強(qiáng)的熱反應(yīng)活性。我們平常聽聞的電池安全事故，電解質(zhì)有無法推卸的干系。

　　除了電解質(zhì)，鋰離子電池的主要組成成分還包括正極材料、負(fù)極材料和隔膜。

　　關(guān)于負(fù)極材料，目前應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬石墨材料。對于其他負(fù)極材料，賀教授表示，新型納米碳材料雖然具有比容量高，但是需要解決首次庫侖效率低和無充放電平臺的問題（從極化機(jī)理來說，很難解決）；新型Si，Sn復(fù)合負(fù)極材料已經(jīng)得到廣泛的研究，但如果首次庫侖效率能夠進(jìn)一步提高，將具有很大的發(fā)展前景；負(fù)極 SEI膜形成將成為未來提高負(fù)極材料和電池性能的研究熱點(diǎn)。

　　對于萬能材料石墨烯，賀教授表示從功率型電池的角度來講，該材料目前還很難被應(yīng)用在動力電池中。

　　二、那些值得期待的鋰電池品種

　　鋰電池領(lǐng)域其實(shí)不乏“明星級別”的存在，全固態(tài)鋰電池和鋰-空氣電池便是其中的佼佼者。

　　1、全固態(tài)鋰電池

　　“下一代鋰電池應(yīng)是全固態(tài)鋰電池，”賀教授在“OFweek2015中國鋰電技術(shù)產(chǎn)業(yè)研討會”上引用中國工程院陳立泉院士的話說到，“如果現(xiàn)在還不布局全固態(tài)鋰電池，將會錯失發(fā)展時機(jī)。鋰硫、鋰空電池成為研究熱點(diǎn)，但其產(chǎn)業(yè)化難度較高。其實(shí)如果業(yè)內(nèi)將全固態(tài)鋰電池問題攻克了，再去做鋰硫、鋰空電池，相關(guān)技術(shù)難題會迎刃而解?！?/p>

　　全固態(tài)鋰電池是一種使用固體電極和固體電解液的鋰電池。固態(tài)電池一般功率密度較低，能量密度較高。由于固態(tài)電池的功率重量比較高，所以它是電動汽車很理想的電池。

　　除安全性較傳統(tǒng)鋰電池優(yōu)越外，全固態(tài)鋰電池還有一個很大的優(yōu)勢，就是充放電循環(huán)壽命很長，最長可達(dá)45000次，并保存95%的初始容量，這點(diǎn)可讓其它種類電池望塵莫及。

　　2、鋰-空氣電池

　　鋰－空氣電池的優(yōu)勢在于其巨大的理論儲能能力，它是迄今為止，能量密度最大的儲能器件，和汽油相當(dāng)。

　　按重量計算，它是如今廣泛使用的傳統(tǒng)鋰電池的10倍。一塊鋰空氣電池可使汽車輕松行駛350英里以上，不需消耗汽油，并且相比于傳統(tǒng)電池體積更小也更便宜，不過很難使得電池容量接近理論值。

　　眾所周知鋰－空氣電池兩個最大的問題是效率低以及不能多次充放電。當(dāng)鋰離子和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成鋰氧化物時，鋰空氣電池產(chǎn)生電流。而鋰－空氣電池的充電過程則涉及到該反應(yīng)的逆反應(yīng)--鋰氧原子間的化學(xué)鍵斷裂，并且釋放氧氣。致命問題在于生成的鋰氧化物會覆蓋在電池電極上，從而隔絕了電極與催化劑的接觸，進(jìn)而減緩反應(yīng)進(jìn)程。

　　如此說來，全固態(tài)鋰電池比鋰－空氣電池商用的時間可能要早得多。

　　賀教授認(rèn)為針對存在的問題，鋰空電池未來的研究方向如下：

　　1）繼續(xù)研發(fā)更加穩(wěn)定的電解液體系，減少因電解液分解導(dǎo)致的副產(chǎn)物積累；同時，電解液添加劑將成為穩(wěn)定體系、提高性能的有效方法。

　　2）繼續(xù)深入理解鋰空氣電池的反應(yīng)機(jī)理，這對于如何選擇電解液體系，正/負(fù)極材料都有很好的指導(dǎo)作用。

　　3）研究、改善鋰空氣電池正極材料，進(jìn)一步降低過電壓平臺，提高充放電效率，這是鋰空氣電池推向市場化應(yīng)用的一個重要因素。

　　4）研究新的鋰空氣電池的負(fù)極材料，提高電池的安全穩(wěn)定性。