解讀鋰電池產(chǎn)業(yè)前景：續(xù)航痛點凸顯 “主角”身份不變
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-18 11:55
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隨著智能手機以及電動汽車等事物快速發(fā)展，搭載其中的鋰電池續(xù)航瓶頸正日益凸顯。為解決電池續(xù)航痛點，近期國外的研究人員研發(fā)出了一種量子電池，據(jù)悉，通過多量子比特相互糾纏而產(chǎn)生的“量子加速”可以加速充電過程，因此使用量子電池充電比傳統(tǒng)電池更快。不過，量子電池技術目前還存在技術局限，如工作穩(wěn)定性以及存儲電量過小等。
因此，鋰電池仍將作為“主角”主宰智能手機市場，并推動電動汽車不斷發(fā)展。鋰電池分為鋰金屬電池與鋰離子電池兩種，由于鋰金屬電池有高技術要求限制，目前被廣泛使用的是鋰離子電池。鋰離子電池是指使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。與鉛酸電池等傳統(tǒng)電池相比，鋰電池在同體積下容量更大，生產(chǎn)、使用與回收過程對環(huán)境污染小，因而近年得到大力推廣。
目前鋰電池已經(jīng)廣泛應用于筆記本電腦、平板電腦、手機與移動電源等3C產(chǎn)品中，但發(fā)展勢頭最為強勁的還當屬應用于新能源汽車領域的動力鋰電池。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院提供的數(shù)據(jù)顯示，2014年1-12月，我國電池制造業(yè)主要產(chǎn)品中，鋰離子電池累計完成產(chǎn)量52.9億自然只，產(chǎn)量與上年持平，2014年鋰電池整體市場規(guī)模達到952.16億元，同比增長30.31%，得益于動力鋰電池的快速發(fā)展，2014年鋰電池整體市場規(guī)模達到952.16億元，同比增長30.31%。
2014年我國新能源汽車產(chǎn)銷量均超過7萬臺，在其拉動作用下，我國動力鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模達120億元，同比增長200%以上。2015年1至3月，我國鋰電池產(chǎn)品產(chǎn)量為10.4億自然只，同比增長約為3%，遠未與新能源汽車300%的增速匹配，動力鋰電池產(chǎn)能遠未滿足當前新能源汽車發(fā)展需求，未來發(fā)展空間巨大。
解讀鋰電池產(chǎn)業(yè)前景：續(xù)航痛點凸顯 “主角”身份不變
預計2015年我國電動汽車銷量將達22萬臺，同比增長162%，動力鋰電池實際產(chǎn)能將為5GWH，而動力鋰電池需求約達12.5GWh，產(chǎn)值約合250 億。未來10年，我國動力鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望突破1600億元。
鋰電池產(chǎn)業(yè)有望迎來十年黃金發(fā)展時期，但電池續(xù)航痛點還是有待解決，這依賴鋰電池關鍵材料技術提高。電解液、隔膜、正負極材料被譽為鋰電池四大材料，其中正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低，其發(fā)展至關重要，當升科技、杉杉股份與中信國安等鋰電池材料供應商發(fā)展值得關注。
然而，和其他新一代電池一樣，研發(fā)人員還需要攻克鋰空氣電池開發(fā)過程中的諸多技術難關。
劍橋大學研究人員證明鋰空氣電池某些技術難關是可以攻克的，在此之前，研究人員就曾做過多次實驗嘗試，而此次開發(fā)的鋰-氧電池實驗室演示樣本具有更高容量、更高能量密度及更高穩(wěn)定性。
此次試驗品樣本主要使用由石墨烯制成的高度多孔“蓬松”碳電極，以及會改變電池內(nèi)部化學反應的添加劑，性能更加穩(wěn)定、更加高效。相關研究結果發(fā)表于《科學》（Science）期刊上。雖然此項技術頗有前景，但研究人員慎重表示鋰-空氣電池投入實際應用仍然需要至少10年時間。
劍橋大學化學系教授Clare Grey表示：“此項技術已經(jīng)取得了重大進步，并引發(fā)出了全新的研究領域--雖然我們并未解決化學當中所有的固有問題，但是我們的研究為最終開發(fā)出商用產(chǎn)品奠定了前進的道路。”
我們?nèi)粘Ｋ褂玫脑S多技術都趨于更小化、更快速、更低價--而電池明顯例外。除了智能手機能夠維持數(shù)天而無需充電以外，電池技術還阻礙了兩項主要清潔技術的廣泛應用：電動汽車和太陽能發(fā)電并網(wǎng)存儲。
電池最基本的構造由三部分構成：正極、負極、電解液。
筆記本電腦及智能手機所采用的鋰離子電池，負極由石墨（碳的一種形式）構成，正極為金屬氧化物，比如氧化鋰鈷，電解液為溶解鋰鹽的有機溶劑。電池工作原理就在于鋰離子在兩電極間的運動。雖然鋰離子電池很輕，但容量會隨時間衰減，而且能量密度相對較低，需要經(jīng)常充電。
在過去十年，研究人員一直致力于開發(fā)各種鋰離子電池的替代品，而鋰-空氣電池因其能量密度極高，因此被認為是新一代儲能技術的終極品。然而，先前嘗試的各種電池樣本效率低、性能差、會產(chǎn)生意料之外的化學反應、且只能在純氧當中進行循環(huán)。
Liu、Grey研發(fā)團隊在非水基鋰-空氣電池上采用了與之前試驗中非常不同的化學劑，使用氫氧化鋰（LiOH）取代過氧化鋰（Li2O2）。在加入水和“介質(zhì)”碘化鋰（lithium iodide）之后，沒有再出現(xiàn)那么多會導致電池失效的化學反應，使其在多次充放電循環(huán)后性能更穩(wěn)定。
通過精確構造電極結構，將其改變成高度多孔的石墨烯，添加碘化鋰，并改變電解液的化學成分，研究人員能夠?qū)⒊浞烹婇g的電壓差減少至0.2 V。電壓差越小意味著電池效率越高--之前研究人員只能將鋰-空氣電池的電壓差降到0.5~1.0 V，而0.2V的電壓差更接近于鋰離子電池，相當于能量效率可高達93%。
此外，該樣本只能在純氧下循環(huán)，空氣當中含有二氧化碳、氮氣和水分等都對金屬電極有害。
