什么是锂电池，锂电池技术能突破吗？锂空气与燃料电池虎视眈眈
来源：宝鄂实业
2019-03-27 12:52
点击量：次
自从20世纪中期计算机芯片发明以来，技术就一直在飞速进步，我们可以用一个故事来讲述：摩尔定律。每2年芯片中的晶体管数量就会翻倍，其它技术也在进步，最终使得处理器的性能每隔18个月翻一倍。从摩尔定律被定义的那天起，到现在已经40多年了，它一直没有被打破。一代人在电子领域创造了惊人的进步，摩尔定律很好地诠释了这些进步；在摩尔定律的推动下，智能手机已经进入到亿万人的口袋，它比几十年前最好的电脑还要强大几千倍。
再看看设备中使用的电池，它的发展完全和摩尔定律不匹配。1991年索尼率先将锂电池商用，到今天这门技术并没有明显的改变。汽车使用的技术更为古老，内燃发动机的基本设计、车用铅酸电池几十年都很少改变。
纵观设计的历史，大多时候企业们根本没有改变的欲望，行业一直运行得很好，我们很少去考虑电池。回看2000年时，手机充一次电可以用好几天。然而在过去的10年里，我们已经进入了智能手机时代，电池的不足开始变得严重起来。与9年前乔布斯发布的iPhone相比，苹果最新的手机强大16倍，但它的续航时间仍然不到一天。
锂电池技术能突破吗？锂空气与燃料电池虎视眈眈
新老手机之所以性能差距如此之大，主要归功于工程进步，它是通过提高处理器效能实现的，而不是因为电池更好。至于毫安时（在一定的放电时间下完全放电产生的电流），iPhone 6s只比2007年第一代iPhone提高了22%。
锂电池挑战
设计锂电池很简单。当电池充电时，电子流通过电路传送到负极，吸引电解质溶液中的锂离子（一种可带电粒子）。当我们使用电池时，离子会通过溶液转移到负电极，它会释放电流给设备充电。
这是相当基本的化学过程，结果就是很难改进。只有几种元素可以使用，而事实证明锂是最适合的。要改进电池，办法就是改变电极和电解质的化学成份，但改进是逐步进行的，而且随着时间的推移改进会越来越难。尽管富有的科技公司不断向电池投入资本，每年电池的性能仍然只能提升5%。事实上，许多电池制造商发现要提升电池效能，最好的办法就是增加体积，让它有更大的空间容纳更多的离子。
对于许多人来说，这样的办法显然不够好。智能手机最开始只是日常生活的重要部分，现在成了我们的基本需求。我们用它来支付钱款，用它来通信，用它来导航。如果手机不能用，我们会很心烦。这还不算什么，当电动汽车、抢救生命的健康设备没有电时后果更严重。照预测，太阳能将是未来的主要能源，如果没有太阳，就需要电池拥有很大的存储容量才行。
“不久之后，国内将建设10条固态电池生产线。”近期，在一次有关新能源汽车的技术发展研讨会上，有关专家释放的这条消息引起了记者注意。在液态电池“横扫”整个电动汽车动力电池市场的当下，固态电池突然平地而起，这让行业不得不为之侧目。
上月，在中国电动汽车百人会夏季论坛（以下简称“百人会夏季论坛”）举办期间，中国工程院院士陈立泉专门就固态电池的技术发展状况及其优越性能进行了阐释，并提出，固态电池中不含可燃的液体电解质，这一特性能够极大地改善电动汽车的安全性，因此他建议应大力支持固态电池的研究、开发和产业化。
■安全性是最大优势
自电动汽车推广以来，因锂离子电池燃烧而发生事故的新闻一直未曾间断，现阶段所使用的动力电池安全性问题已引起全社会广泛关注，可以看到，为破解安全隐患，近几年锂电池行业各个环节方都在不遗余力地解决电池安全问题。
与此同时，为提高电动汽车续驶里程，实际情况是，已有多个国家制定了电芯能量密度进一步提升到300～400千瓦时的计划。因此，如果从应用层面出发，就需要未来的电池既具备安全性，又同时拥有高能量效率的特性。
谈固态电池技术：安全性是最大优势 电导率难题待解
据记者了解，尽管目前动力电池在电池模块和系统设计方面，已经采取了先进的电源管理技术、冷却技术、密封技术、散热技术等，基本满足了电动汽车对安全性的要求，但依然存在着热失控、过热、起火燃烧甚至爆炸的危险，行业专家认为，导致其燃烧爆炸的根本原因，是锂离子电池电解质属于可燃的有机溶液，因此，固态电解质的电池则被看作是解决动力锂电池安全问题的终极方案。中国科学院宁波工业技术研究院新能源技术研究所研究员许晓雄认为：“在新型二次化学储能电源中，基于固体电解质的全固态锂电池的优势与特点是很明显的，目前，企业、科研单位、高校都非常关注这一领域，并在努力地推进相关研究工作。”
据一位不愿具名的业内专家介绍：“固态电池由正极、负极、电解质、集流体和外壳构成，其中关键部件是前三者。如果在固态锂空气电池中，固态电解质可以将空气正极侧和锂金属负极侧分离，能够完全防止大气成分和锂金属的直接反应，从安全性上说，固态电解质具备很高的机械强度来阻止锂枝晶穿透；从稳定性上说，以氧化物体系为主的固态电解质可以表现出优良的稳定性，同时也能够解决开放型空气电池的漏液和电解液挥发问题。”
在百人会夏季论坛上，陈立泉同样对固体电池安全性特征作了说明，他谈到，当电池出现局部短路时，只是聚合物发生熔化，熔化以后成为绝缘体，不会着火。
