解读锂电池产业前景：续航痛点凸显 “主角”身份不变
来源：宝鄂实业
2019-03-18 11:55
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随着智能手机以及电动汽车等事物快速发展，搭载其中的锂电池续航瓶颈正日益凸显。为解决电池续航痛点，近期国外的研究人员研发出了一种量子电池，据悉，通过多量子比特相互纠缠而产生的“量子加速”可以加速充电过程，因此使用量子电池充电比传统电池更快。不过，量子电池技术目前还存在技术局限，如工作稳定性以及存储电量过小等。
因此，锂电池仍将作为“主角”主宰智能手机市场，并推动电动汽车不断发展。锂电池分为锂金属电池与锂离子电池两种，由于锂金属电池有高技术要求限制，目前被广泛使用的是锂离子电池。锂离子电池是指使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。与铅酸电池等传统电池相比，锂电池在同体积下容量更大，生产、使用与回收过程对环境污染小，因而近年得到大力推广。
目前锂电池已经广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、手机与移动电源等3C产品中，但发展势头最为强劲的还当属应用于新能源汽车领域的动力锂电池。前瞻产业研究院提供的数据显示，2014年1-12月，我国电池制造业主要产品中，锂离子电池累计完成产量52.9亿自然只，产量与上年持平，2014年锂电池整体市场规模达到952.16亿元，同比增长30.31%，得益于动力锂电池的快速发展，2014年锂电池整体市场规模达到952.16亿元，同比增长30.31%。
2014年我国新能源汽车产销量均超过7万台，在其拉动作用下，我国动力锂电池产业规模达120亿元，同比增长200%以上。2015年1至3月，我国锂电池产品产量为10.4亿自然只，同比增长约为3%，远未与新能源汽车300%的增速匹配，动力锂电池产能远未满足当前新能源汽车发展需求，未来发展空间巨大。
解读锂电池产业前景：续航痛点凸显 “主角”身份不变
预计2015年我国电动汽车销量将达22万台，同比增长162%，动力锂电池实际产能将为5GWH，而动力锂电池需求约达12.5GWh，产值约合250 亿。未来10年，我国动力锂电池产业规模有望突破1600亿元。
锂电池产业有望迎来十年黄金发展时期，但电池续航痛点还是有待解决，这依赖锂电池关键材料技术提高。电解液、隔膜、正负极材料被誉为锂电池四大材料，其中正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低，其发展至关重要，当升科技、杉杉股份与中信国安等锂电池材料供应商发展值得关注。
然而，和其他新一代电池一样，研发人员还需要攻克锂空气电池开发过程中的诸多技术难关。
剑桥大学研究人员证明锂空气电池某些技术难关是可以攻克的，在此之前，研究人员就曾做过多次实验尝试，而此次开发的锂-氧电池实验室演示样本具有更高容量、更高能量密度及更高稳定性。
此次试验品样本主要使用由石墨烯制成的高度多孔“蓬松”碳电极，以及会改变电池内部化学反应的添加剂，性能更加稳定、更加高效。相关研究结果发表于《科学》（Science）期刊上。虽然此项技术颇有前景，但研究人员慎重表示锂-空气电池投入实际应用仍然需要至少10年时间。
剑桥大学化学系教授Clare Grey表示：“此项技术已经取得了重大进步，并引发出了全新的研究领域--虽然我们并未解决化学当中所有的固有问题，但是我们的研究为最终开发出商用产品奠定了前进的道路。”
我们日常所使用的许多技术都趋于更小化、更快速、更低价--而电池明显例外。除了智能手机能够维持数天而无需充电以外，电池技术还阻碍了两项主要清洁技术的广泛应用：电动汽车和太阳能发电并网存储。
电池最基本的构造由三部分构成：正极、负极、电解液。
笔记本电脑及智能手机所采用的锂离子电池，负极由石墨（碳的一种形式）构成，正极为金属氧化物，比如氧化锂钴，电解液为溶解锂盐的有机溶剂。电池工作原理就在于锂离子在两电极间的运动。虽然锂离子电池很轻，但容量会随时间衰减，而且能量密度相对较低，需要经常充电。
在过去十年，研究人员一直致力于开发各种锂离子电池的替代品，而锂-空气电池因其能量密度极高，因此被认为是新一代储能技术的终极品。然而，先前尝试的各种电池样本效率低、性能差、会产生意料之外的化学反应、且只能在纯氧当中进行循环。
Liu、Grey研发团队在非水基锂-空气电池上采用了与之前试验中非常不同的化学剂，使用氢氧化锂（LiOH）取代过氧化锂（Li2O2）。在加入水和“介质”碘化锂（lithium iodide）之后，没有再出现那么多会导致电池失效的化学反应，使其在多次充放电循环后性能更稳定。
通过精确构造电极结构，将其改变成高度多孔的石墨烯，添加碘化锂，并改变电解液的化学成分，研究人员能够将充放电间的电压差减少至0.2 V。电压差越小意味着电池效率越高--之前研究人员只能将锂-空气电池的电压差降到0.5~1.0 V，而0.2V的电压差更接近于锂离子电池，相当于能量效率可高达93%。
此外，该样本只能在纯氧下循环，空气当中含有二氧化碳、氮气和水分等都对金属电极有害。
