鋰電池包技術(shù)發(fā)展緩慢的原因有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-05 07:59
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鋰電池包它之所以發(fā)展得那么慢，很大程度上是因為幾乎每一點(diǎn)微小的進(jìn)步或改變，都需要經(jīng)過大量的實(shí)驗和測試，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、價值、安全性、環(huán)境影響以及試用壽命，并在設(shè)計全新類型的電池。那么，電池技術(shù)何時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)存儲是目前電池主要應(yīng)用的三個行業(yè)。存能電氣小編把這三個行業(yè)稱為人們與電池連接的三大領(lǐng)域。每個領(lǐng)域?qū)﹄姵囟加胁煌囊螅虼怂褂玫碾姵匾部赡艽蟛幌嗤?/div>
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、電動汽車等的需求?，F(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，因為沒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汽車的恐懼和焦慮。為了解決這個問題，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，所以研究者們需要解決這個問題;將鋰金屬代替晶格充當(dāng)陽極，但是有可能它在充電時會發(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。”新電池的材料充足、便宜且環(huán)保，他預(yù)計這種材料的價格只有傳統(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(shí)驗室階段，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。
