美國西北大學(xué)教授哈羅德•孔博士曾在《高級能量材料》雜志上發(fā)表文章，對提高鋰電池儲能和充電效率的“夾心”與“鉆孔”技術(shù)作了詳細(xì)介紹。

　　夾心技術(shù)提高儲能效率

　　鋰離子電池中的鋰離子位于電池正極材料“石墨烯”之間，“石墨烯”是層層疊疊的碳原子，鋰離子也就位于這些碳層之間。鋰電池充電就是將鋰離子送往電池正極的過程，放電即工作時則恰恰相反。因此，鋰離子電池的儲電量是由能夠到達正極的鋰離子數(shù)量決定的。

　　一般來說，傳統(tǒng)的“石墨烯”鋰離子電池中，每六個碳原子可容納一個鋰原子。為了增加儲電量，科學(xué)家嘗試過用硅來代替碳，因為每四個硅原子可以容納一個鋰原子，所以，從理論上來說，用硅取代碳可以獲得超過三成以上的儲電量。

　　但硅元素有一個缺點，就是充放電時會熱脹冷縮，功率大時可能發(fā)生碎裂，從而損壞電池，使電池迅速失去電力。

　　夾心技術(shù)應(yīng)運而生，其做法是：將細(xì)小的硅簇夾在兩個碳層中間，從而生成新的包含硅原子的“石墨烯”。結(jié)果是：在充放電過程中石墨烯的碳層和硅簇共同膨脹與收縮，而不至于破裂，有效地提高了電池的能量密度，使得儲電量在電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下得以提升。

　　鉆孔技術(shù)提高充電效率

　　充電就是鋰離子進入正極石墨烯片中心的過程，也就是說，鋰離子就位的時間越短，則充電越快，效率越高，因此，影響充電效率的是石墨烯的形狀。

　　傳統(tǒng)的石墨烯片是一個薄膜狀結(jié)構(gòu)，厚度僅有一個原子，這使得它的面積顯得相當(dāng)龐大。鋰電池充電時，鋰離子必須從石墨烯的邊緣地帶向前移動爬到兩個石墨烯片也就是兩碳層中間停留。如果眾多的鋰離子同時向中間地帶爬行，必然會造成擁擠，也就影響到充電時間的延長。

　　鉆孔技術(shù)就是通過在石墨烯上鉆孔給這些鋰離子開辟多條道路，多一條通道就多一倍效率。具體做法是：在碳層上鉆出數(shù)以百萬計的直徑為10~20納米之間的小孔，由于氧化作用，鋰離子能夠更加自由地在電池中穿行而不堵塞，從而提高充電效率。

　　通過上述兩個工藝的改進，可以使鋰電池能量密度大幅度提高，儲電量和充電速度可以提高十倍。

去年有媒體報道過，長江航道局鎮(zhèn)江航道管理處開發(fā)出一種用于船只航行標(biāo)志的大型鋰離子電池，該蓄電系統(tǒng)具有重量輕、太陽能浮充效率高兩大突出優(yōu)點。

　　新型電池重量僅13公斤，容量為120Ah，具有體積小、重量輕的特點，作為交通運輸部下轄的公益性事業(yè)單位，航道管理處具備強大的科研攻關(guān)和技術(shù)力量，以新型鋰電池為核心部件的整套充電設(shè)備具有接線方便、故障率低、維護工作量小的優(yōu)點。

　　新電池的面世與國際國內(nèi)電池技術(shù)的進步有極大關(guān)系，鋰離子電池在替代其他類型電池的步伐上顯然越來越快，隨著大型鋰電池時代的到來，它已經(jīng)不僅僅局限在手機、平板電腦等手持移動設(shè)備的便攜式應(yīng)用，而是向著電動汽車用動力鋰電池的方向進軍，在容量更大化的市場需求背景下，鋰電池開始在儲能系統(tǒng)應(yīng)用上大放異彩，長江航道局的應(yīng)用即其一例。以往，中國的內(nèi)河航標(biāo)蓄電系統(tǒng)普遍采用的是鉛酸蓄電池，這種電池不但不環(huán)保，而且體積和重量都很大，而鋰電池蓄電系統(tǒng)除了具有輕型化優(yōu)勢外，使用壽命也是鉛酸電池的4倍。

　　海、河航標(biāo)因常年浸泡在水中，在大自然的環(huán)境下提高充電能力是實現(xiàn)更高性價比的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，鎮(zhèn)江航道管理處采用的磷酸鐵鋰電池體系是目前安全性能最好的鋰電池體系，其次，太陽能浮充效率更高。

　　這里介紹一下浮充電知識，按百度百科的解釋，“這是一種連續(xù)、長時間的恒壓充電方法。"浮充電壓略高于涓流充電，足以補償蓄電池自放電損失并能在電池放電后較快地恢復(fù)到完全充電狀態(tài)，故又稱連續(xù)充電。這種充電方式主要用于不間斷電源及各種備用電源。因此，浮充就是恒壓小電流充電，目的一是彌補電池自放電損失，二是增加充電深度。因為航標(biāo)用蓄電系統(tǒng)的自然環(huán)境性質(zhì)，利用太陽能充電自然是一條經(jīng)濟的途徑，而且，如果充電效率高的話，可以使蓄電池比較長時期的處于良好狀態(tài)，有利于延長電池的使用壽命，并用減少了維護的成本。

　　媒體指出，這種浮充效率高的磷酸鐵鋰電池充電設(shè)備去年便已在長江下游數(shù)字航道系統(tǒng)正式應(yīng)用，并且認(rèn)為，這“標(biāo)志著長江下游航道的航標(biāo)供電系統(tǒng)已由鉛酸時代步入鋰電時代”

所有鋰電池保護方案都是以鋰電池保護板為載體，以保護電路為表現(xiàn)形式的，保護電路通常由保護IC和兩個功率MOSFET組成，保護IC負(fù)責(zé)監(jiān)控有關(guān)參數(shù)，MOSFET負(fù)責(zé)實施電源保護。

　　在鋰電池保護方案設(shè)計中，必須達到以下六個目的：

　　1、過度充電保護的高精度化：使電池充電到飽滿狀態(tài)時兼顧到安全性，目前的精度為25mV，尚待進一步提高;

　　2、降低保護IC的耗電：MOSFET關(guān)斷的情況下，電池本身仍有自放電及保護IC的消耗電流存在，需要盡可能地將保護IC消耗的電流降到最低程度;

　　3、過流/短路保護需有低檢測電壓及高精度的要求。過流/短路時是以MOSFET的Rds(on)為感應(yīng)阻抗監(jiān)視電壓的下降過程，此時的電壓若比電流檢測電壓還高時即停止放電，因此需使該阻抗值盡量低，目前該阻抗約為20mΩ~30mΩ;

　　4、耐高電壓：表現(xiàn)在充電時，電池包與充電器連接時瞬間會有高電壓;

　　5、低電池功耗：保護狀態(tài)時的鋰電池電流必須小于0.1 μA;

　　6、零伏可充電：有些電池因放的太久或其他非正常原因?qū)е码妷航档搅惴?，故保護IC需在零伏時可充電。