鋰電池技術難有突破

諾基亞研究中心負責人亨利·特里在近期表示，之前手機的基本功能是語音和信息。近兩年來，隨著手機技術快速發(fā)展，出現(xiàn)了速度更快、耗電量更大的處理器以及更大更亮的屏幕，而且大量的應用都需要連接互聯(lián)網(wǎng)，這也需要耗費許多電量。在這一趨勢面前，手機電池的研究并沒有跟上發(fā)展步伐，由于體積有限以及考慮到安全因素，目前手機采用的鋰電池容量很難有太大的提升，手機生產(chǎn)商和電池生產(chǎn)商都在研究新的電池技術，包括利用光能、動能等。但是目前這些技術并沒有實質(zhì)突破，尚不能廣泛應用。另外，智能手機電池要取得突破還要涉及很多技術，而這些技術是環(huán)環(huán)相扣的，每個技術的發(fā)展都要等待其他相關技術的發(fā)展。

鋰電池技術難有突破？是什么制約了鋰電池發(fā)展的腳步？現(xiàn)有輔助技術的尷尬

為了給手機等終端設備提供足夠的能量，廠商們絞盡腦汁，推出的辦法也是花樣翻新。比如某手機廠商在手機外殼上設計了一塊薄膜太陽能電池，如果手機電池耗盡，讓太陽曬上30分鐘，就能繼續(xù)通話。至于能用多久，官方的回答是一分鐘左右。或許這種做法真的是廠商不得已而為之，曬太陽通話的法子遠不如多帶一塊電池來得靠譜。手機廠商們也許無法解決的問題，外設廠商們總能化繁為簡：某品牌針對手機、筆記本等終端推出了“用充電電池充電”的解決辦法。將幾塊鋰電池組合起來，變成一個碩大的電池，再加上幾種主流終端的接口，就組成了一種“萬用”后備電池，手機、筆記本本身電量耗光，可以接上蓄電池繼續(xù)使用。

除了在電池上想辦法，也有廠商動起了其他主意，比如研究手機的電源管理，在產(chǎn)品上增加省電模式，推出電量消耗相對較小的屏幕等等。但是這些方法實際效果并不好。用戶們很少會愿意把自己的終端切換到省電模式，因為那樣會伴隨著屏幕亮度降低、某些功能無法使用等弊端，進而影響使用產(chǎn)品的體驗。

支撐“理想”狀態(tài)的基石

就像亨利·特里說的那樣，目前應用在手機等移動終端上的電池，其容量已經(jīng)難有質(zhì)的突破，只能采用“體積換容量”的策略來提高待機時間。廠商們面對這種狀況，也只能在有限的空間內(nèi)，盡量使用體積較大的電池。

為了能夠給自己的產(chǎn)品帶來更好的用戶體驗，幾乎所有的手機、PC廠商們都在研究怎樣能夠在不增加體積的前提下，給自己的電池帶來更多能量。盡管各個廠商研究的方向有所不同，但是有一個共識就是燃料電池將是目前鋰電池的最佳替代品。所謂燃料電池，是一種使用燃料進行化學反應產(chǎn)生電力的裝置，其中最常見的是以氫為燃料的燃料電池，這種電池相當于一個小型發(fā)電站，利用化學反應產(chǎn)生的能量給手機等終端供電。由于技術過于復雜、成本過高，在過去的幾年中，惠普、諾基亞、松下、日立、NEC等眾多廠商都曾經(jīng)展示過自己的燃料電池產(chǎn)品，但是遲遲都無法進行商用。

鋰離子蓄電池作為新能源汽車較為理想的蓄電池，但其缺點和優(yōu)點一樣明顯。電動車輛商業(yè)化尚有許多難題需要解決，這是世界上所有研發(fā)者所共同面臨的問題。工信部將它定性為發(fā)展期，發(fā)展中的鋰離子蓄電池呈多樣性，總之鋰離子蓄電池用于新能源汽車是當前的熱點也是難點。 

能源汽車之純電動、混合動力、燃料電池三種系列都需要鋰離子蓄電池作儲能器具。鋰離子蓄電池尤其是磷酸鐵鋰離子蓄電池則更受熱捧。鋰是自然界中最輕的金屬。它遇水、潮濕空氣會自燃乃至爆炸。鋰作為兩次電池的電極材料，具有比能量高、比功率大的優(yōu)點，故受廠商用戶青睞。

目前的鋰離子蓄電池主要用于手機、MP3、筆記本電腦等電子產(chǎn)品上，現(xiàn)在鋰離子蓄電池已用于電動工具和電動自行車，并將爭取用于電動汽車上。鋰離子蓄電池之正極材料目前以鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰為主流，正在研發(fā)中的有釩酸鋰、鎳酸鋰。負極材料是石墨、石墨化碳、氧化物、氮化物等。電解質(zhì)為有機電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、離子性液體、固體聚合物、無機電解質(zhì)等。 

鋰離子蓄電池性能和難點

鋰離子蓄電池的性能如下: 

1.電壓：鈷酸鋰、錳酸鋰離子蓄電池為3.6V—3.7V，磷酸鐵鋰離子蓄電池為3V。 

2.比能量：鈷酸鋰離子蓄電池為150Wh／kg左右，錳酸鋰為130Wh／kg，磷酸鐵鋰為125Wh／kg。 

3.充電：鋰離子蓄電池能大電流充電，但電池充電時需散熱，若不能快速有效地散熱，其易爆的特性使廠商不提倡太快地充電。因此充電站內(nèi)有制冷通風裝置給充電中的蓄電池散熱降溫。 

4.放電：鋰離子蓄電池能大電流放電，故其比功率很高，但放電時蓄電池需吸熱。在10℃以下時放電就不暢，低于0℃時放電電流很小，甚至驅(qū)動行駛都有限制。 

5.循環(huán)壽命：時下不少企業(yè)宣稱充放電循環(huán)壽命達2000次以上，但一般是單體電池的壽命。如用于手機是可以做到的，若用于9V筆記本電腦就有折扣。若將之串、并聯(lián)至300—380V，容量100—400AH時其循環(huán)壽命是600次左右，且蓄電池管理系統(tǒng)要完善。 

6.安全：鋰離子蓄電池易爆，其發(fā)生的條件是，發(fā)熱溫升太快、電池內(nèi)部短路、遇到潮濕空氣或水。目前單體電池之外包裝材料：固體聚合物鋰離子蓄電池用專用膜包裝，它有透氣功能，當電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體壓力時，能自動泄壓，以保蓄電池無虞。離子型液體電解質(zhì)鋰離子蓄電池其單體電池外殼用不銹鋼制成耐壓容器，能承受單體電池內(nèi)所產(chǎn)生的氣體壓力。

電動汽車上有一耐壓容器用于置放鋰離子蓄電池，若車輛發(fā)生碰撞側(cè)翻事故時，可保證蓄電池不受擠壓變形，不至于發(fā)生爆炸。這一耐壓鋼質(zhì)容器的自重抵消了鋰離子蓄電池的比能量約1／3-1／4，故北京奧運會所用城市客車的鋰離子蓄電池實際的比能量為80—90Wh／kg。鋰離子蓄電池易爆安全性和體積比依次為：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰。因此磷酸鐵鋰離子蓄電池體積最大、最重，但易爆性最低而安全性最高。鋰離子蓄電池的安全保障是整車的一切，其余指標都有余地。 

7，蓄電池管理系統(tǒng)：將所有成組內(nèi)的單體電池的引出線匯集到管理系統(tǒng)電路中，然后與計算機芯片分別記錄。這樣若一個單體電池電壓降低或容量降低，通過芯片是一清二楚的。但管理系統(tǒng)只能診斷而不會治療。當然一旦一個單體電池出問題將影響整組性能，辦法是更換一個新的蓄電池。

因此蓄電池模塊中單體電池越少越好，對由許多單體電池串、并聯(lián)組成的蓄電池其一致性差異更大、隱患更多，故動力蓄電池模塊宜采用大容量的單體電池，以減少單體電池的數(shù)量。這也是鋰離子蓄電池在電子產(chǎn)品上性能優(yōu)秀而在電動汽車上性能不佳的原因。 

8.成本：電動汽車若以電耗比油耗那是非常優(yōu)秀的，但若以蓄電池循環(huán)壽命的攤銷成本計算，那比燃油汽車高了許多倍，故目前商業(yè)化不被看好。

造成鋰離子蓄電池高成本的因素是：(1)原材料貴、制造工藝要求高且復雜，制造設備投入巨大。(2)蓄電池成品率低，目前只有5%，若提升到90%，成本可降70%-80%左右。(3)鋰離子蓄電池隔膜材料是進口的，占了蓄電池原材料總成本的30%左右，若單體電池包裝膜用進口的則成本更高，若國產(chǎn)化可降一半。 

9.鋰離子蓄電池質(zhì)量：國產(chǎn)鋰離子蓄電池用于電子產(chǎn)品是優(yōu)秀的，用于電動自行車尚可。但用于電動汽車可靠性不高，故不少整車廠和公交公司趨向于進口鋰離子蓄電池。原因是產(chǎn)品一致性問題較為突出。據(jù)制造企業(yè)講國外鋰離子蓄電池企業(yè)的蓄電池制造設備為全自動，其產(chǎn)品一致性有保證。內(nèi)企為降低設備投資采用人工或人工加機械的半自動模式，因此產(chǎn)品一致性就遜色于外企的。 

市場前景和現(xiàn)狀分析 

鋰離子蓄電池在車輛上作為動力儲能用途是目前的熱點，但也是一個難點。它是一個發(fā)展中的課題，其技術前景、可能性有多大、商業(yè)前景有多大目前難以預料。因此歐、美、日企業(yè)均作為中長期研發(fā)項目，預計2015年、2020年、2030年商用的都有。目前用于示范或混合動力車上一試是可以的。我國似乎急了一點。在未來2到3年要達到規(guī)模量產(chǎn)，這在技術上沒有把握，市場需求也沒有把握。 

鋰離子蓄電池用在電子產(chǎn)品、電動工具上十分成功，但用于電動汽車為什么不行？那是功率、容量相差太大，且工況、環(huán)境不同。同時充電設備的家用、公用兩部分如何配套，又是一個不小而且無法跨越的問題。汽車產(chǎn)業(yè)及新能源汽車如何突圍能源動力困境，可有多種選擇和探索。