鋰離子電池有望為我們未來(lái)發(fā)展的道路帶來(lái)一場(chǎng)革命，但電動(dòng)汽車的電池將需要在合理的成本范圍內(nèi)以及重量/體積內(nèi)擁有高功率密度。在當(dāng)前最先進(jìn)的鋰離子電池中，石墨陽(yáng)極與包含過(guò)渡金屬氧化物材料的陰極配對(duì)，以允許鋰離子在電池充電和放電時(shí)可逆地脫/插層。但是，其中一種常用的過(guò)渡金屬是鈷（Co），其價(jià)格十分昂貴。然而降低Co含量和增加鎳（Ni）含量具有令人遺憾的副作用，即低電位下的氧的演變，這對(duì)電池的壽命會(huì)產(chǎn)生十分不利的影響。

現(xiàn)在來(lái)自德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員使用光子發(fā)射光譜技術(shù)證實(shí)：該單態(tài)氧（單態(tài)氧（Singletoxygen，1O2），也稱作單線態(tài)氧，是分子氧的順磁性狀態(tài)的一種通稱，它不如分子氧的正常狀態(tài)——三重基態(tài)（Tripletoxygen）穩(wěn)定。單線態(tài)氧屬于活性氧（reactiveoxygen），是普通氧（3O2）的激發(fā)態(tài)?？傋孕秊榱?，無(wú)順磁性。單線態(tài)氧雖不是自由基，但因解除了自旋限制所以反應(yīng)活性遠(yuǎn)比普通氧高。1O2在許多自由基反應(yīng)中可以形成）是產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)級(jí)聯(lián)的和不可逆轉(zhuǎn)電解質(zhì)氧化的反應(yīng)物種之一。Wandt等人將這一科研成果發(fā)表在了“MaterialsToday”雜志上。

“單態(tài)氧會(huì)經(jīng)歷雙分子輻射衰變，如果以足夠高的濃度產(chǎn)生，就會(huì)發(fā)出光子。”AnnaT.S.Freiberg解釋道。“在對(duì)已知釋放氧的不同活性材料進(jìn)行充電的過(guò)程中，我們使用光電倍增管裝置測(cè)量了這種光子發(fā)射。”

當(dāng)單態(tài)氧被釋放時(shí)，它與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，用于消耗液體電解質(zhì)，并因此使電池變干。除了活性材料表面上的貧氧層的電阻之外，氣體形成還導(dǎo)致電池更高的內(nèi)部壓力并增加電池電阻。最后，電池分解的產(chǎn)物可以化學(xué)地侵蝕活性材料，導(dǎo)致陽(yáng)極處的過(guò)渡金屬溶解和陰極處活性鋰的損失。

Freiberg說(shuō)：“有了這種在層狀過(guò)渡金屬氧化物充電過(guò)程中單態(tài)氧釋放的明確證據(jù)，我們對(duì)這些材料內(nèi)在老化機(jī)制的深入理解正在進(jìn)行中。”

研究結(jié)果表明：氧氣釋放的觸發(fā)點(diǎn)是電荷狀態(tài)，而不是潛在電位。穩(wěn)定鋰離子電池的晶格結(jié)構(gòu)和測(cè)試潛在電解質(zhì)對(duì)單態(tài)氧的敏感性，現(xiàn)在應(yīng)該是改善鋰離子電池壽命周期的有效途徑。有了這種新的認(rèn)識(shí)，我們可以探索和優(yōu)化富Ni的層狀過(guò)渡金屬氧化物陰極材料，將其用于電池應(yīng)用中，以取代目前高Co含量的選擇，因?yàn)镃o材料對(duì)于大規(guī)模商業(yè)化來(lái)說(shuō)太昂貴。
 

三種形態(tài)各有優(yōu)劣，軟包電池能量密度性能突出

與硬殼電池（方形和圓柱）相比，軟包電池具有設(shè)計(jì)靈活、重量輕、內(nèi)阻小、不易爆炸、循環(huán)次數(shù)多、能量密度高等特點(diǎn)，能在現(xiàn)有技術(shù)水平上提升動(dòng)力電池的能量密度，在續(xù)航里程上進(jìn)一步縮小和燃油車的差距。短期內(nèi)軟包裝作為一種電池輕量化高能化的手段，將以較高比例占據(jù)增量市場(chǎng)，長(zhǎng)期看全固態(tài)電池需要采用軟包技術(shù)為行業(yè)指明方向。新能源汽車新政策釋放了推動(dòng)電池性能提升、增大能量密度的信號(hào)。隨著補(bǔ)貼門檻的不斷提升，軟包裝能夠助力更多電池企業(yè)提升能量密度和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，未來(lái)軟包技術(shù)將在增量市場(chǎng)中占據(jù)一席之地。

從電池形態(tài)演變看鋰電設(shè)備需求升級(jí)

根據(jù)中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，軟包電池目前在動(dòng)力電池中的滲透率僅12-15%，一方面是由于目前生產(chǎn)工藝尚不成熟、標(biāo)準(zhǔn)化程度較低、電池一致性較差，另一方面則是主要原材料鋁塑膜依賴進(jìn)口導(dǎo)致單位成本相對(duì)較高。不過(guò)在需求帶動(dòng)下這些發(fā)展瓶頸未來(lái)都有望通過(guò)生產(chǎn)規(guī)?；?、自動(dòng)化、增強(qiáng)電池管理系統(tǒng)、鋁塑膜質(zhì)量提升等來(lái)消除。尤其是軟包電芯采用的疊片工藝，這對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制提出了很高要求，也凸顯了中后段高端一體化設(shè)備的重要作用。