近年來，電動汽車、新能源已成為我國發(fā)展的重要方向，電池可以說是該領(lǐng)域的核心技術(shù)。與此同時，市場上出現(xiàn)了許多與電池有關(guān)的新聞，如“X分X秒充滿電，1000公里的續(xù)航里程”等信息讓公眾大吃一驚。然而，從專業(yè)的角度來看，我們需要對這些新奇的事物有所保留。

近年來，電池技術(shù)有所改善，但其性能似乎遠遠低于大眾的預(yù)期。至于手機，三星只略微增加了電池的能量密度，一些管理和設(shè)計問題導(dǎo)致NOTE7出現(xiàn)問題。雖然電池已成為一個熱點話題在社會里,我們必須理性地知道電池的進展,盡管有許多可能性并不容易選擇一個可行的路徑和把它通過服務(wù)社會(工業(yè)化),因為選擇和研發(fā)都需要大量的能量。因此，就鋰電池行業(yè)和社會的普遍期望而言，公眾期望盡快獲得快速的運營和務(wù)實的態(tài)度是可以理解的，但在行業(yè)實踐中是不可取的。因此，謹慎選擇和篩選鋰電池技術(shù)是非常重要的!

 

眾所周知，鋰離子電池綜合性能良好，是消費電子、電動汽車乃至儲能行業(yè)的主力軍。近年來，社會和專業(yè)人士對他們也有很高的期望。目前市場上鋰電池技術(shù)種類繁多，在一定程度上極大地吸引了投資者和地方政府的關(guān)注。但值得注意的是，這些技術(shù)整體上有好有壞，以下幾點:有的包裝很好，實際的先進技術(shù)是個大問號。

 

在此背景下，筆者在這里介紹一些篩選鋰離子電池的基本知識，以便于廣大公眾科學(xué)知識的宣傳。

 

 

 

什么是鋰離子電池?它是如何工作的?

 

 

鋰離子電池是二次電池，依靠鋰離子在正極和負極之間移動。在充電和放電的過程中,李+(鋰)在嵌入和嵌入式之間來回的兩個電極的鋰離子在正極和負極材料儲存能量是不同的,和不同的是鋰離子電池的能量儲存和釋放電荷:充電時,李+嵌入式從陽極,陽極,電解液嵌入式富鋰陰極,陽極在鋰狀態(tài);放電則相反。下圖是鋰離子電池的典型工作原理圖，它采用了最經(jīng)典的鋰鈷-石墨負極反應(yīng)體系。

在該電池中，以充電過程為例，正極和負極的具體反應(yīng)如下:

 

XLi LiCoO2 = Li1 - xCoO2 + + xe

 

6 c++ xe xLi - = LixC6

 

由于材料本身的有限性，在正極反應(yīng)過程中，鈷酸鋰一般只能釋放0.5個鋰離子，再多就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌和損傷。因此，鈷酸鋰的理論容量上限僅為140mAh/g左右，而石墨負極的理論密度為360mAh/g。加上鈷酸鋰放電平均電壓為3.7 V(實際上從4.2充電最高電壓逐漸下降到3 V, 3.7平均水平),同時,考慮到石墨陰極潛在價值低,和其他各種細胞成分,最后可以得到我們使用鋰電池的能量密度(例如:手機)大約是160 wh /公斤。

 

能量密度是所有電池最基本的核心參數(shù)，它必須而且應(yīng)該是公開透明的。然而，在目前常用的鋰離子電池中，由于材料和技術(shù)系統(tǒng)的不同，能量密度可以從幾十個(如鈦酸鋰)到大約200Wh/kg不等。一旦數(shù)值非常高(或非常低)，就值得特別關(guān)注:一方面，由于技術(shù)人員的努力，能量密度有所提高，這可能是技術(shù)上的突破，值得慶祝。另一方面，也不排除一些人夸大經(jīng)營業(yè)績的現(xiàn)象。如果能源密度數(shù)據(jù)不容易標(biāo)注，消費者/投資者在購買或投資前應(yīng)三思。電池電化學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)上,對這一領(lǐng)域,有一個簡單但最基本的原則:任何類型的細胞,其儲存能量的機制都需要編寫相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)方程,所以我們可以知道電壓,相比之下，許多新一點——例如鋁、鎂等電池，在不談?wù)摷夹g(shù)可靠性之外，其反應(yīng)機理確實存在，因此至少還存在進一步討論分析這種技術(shù)的空間。