为什么锂电池目前是最常用的电池？

来源：宝鄂实业 2019-05-12 14:12 点击量：次

基础原理上电池的能量密度非常受限制。这是化学电池性能限制的根源性原因。我想在此答案的基础上增补一些。

话说就想起来还年轻的时候，没有正式入行，那时候我一向看到新闻上各种电池技术的突破就很激动。但是开始做了一些系统集成、设备制造的工作之后就彻底不激动了。不是因为我不觉得那些技术很牛逼，原因很简单——它们中大部分永远不会适用于消费设备，就算可以，也有很长的路要走。

要知道，一种电池能够被用于消费者可以接触的设备，需要有以下一堆特点中的每一个：
1、体积足够小
2、重量足够轻
3、储存足够多的能量
4、释放能量足够快
5、保存时间足够长
6、寿命足够长
7、可靠性足够高
8、成本足够低
9、使用足够简单
10、效率足够高
11、带来的额外影响足够小
12、能够大量生产
除了这些几乎是绝对需求的特点，还需要有额外的一些“有更好”的特点：
1、电压够高
2、体积至少一个维度上尺寸足够小
3、能够再利用（充电）
4、能量释放速度可控
5、充能时间短于使用时间
6、没有奇怪的特性，比如记忆效应
7、……

知道人类找到锂电池这种能满足以上每一个需求的电池有多么不容易吗！

先说为什么锂电池目前是最常用的电池吧。因为不是专业研究这个的，所以没法说得有理有据，还请见谅。
1、能量密度，包括能量每重量和能量每体积都够大，可以造出只有几十g、体积只有几个立方厘米还能以1A的电流在平均3.7V的电压下放电2小时以上的电池。
不要小看这一点，相比之下一个常见铅酸蓄电池（就是车上用的），体积重量是数千倍，但是所蕴含的能量只有1A电流在12V放电60小时，也就是百余倍。

2、锂电池放电能力足够强，可以以安培级别的电流放电。
相比之下，常用的碱性一次电池，最大放电量差不多是800mA在1.5V电压下。可见放电能力差了许多。

3、自放电不是很大，可以保持电量数月不损失超过20%，容量寿命在两年左右跌至80%，足够长。
有一些物理电池技术，比如说飞轮，保持电量时间就短非常多。

4、使用够简单，只需要保护板防止过放电过充电就能安全使用，只需要连接正负极。
曾经有一种很有希望的物理电池，称为微型发动机，顾名思义就是一种小到可以在手机里运行的发动机可以驱动发电机。且不论其能量密度等问题，使用上这东西的结构太复杂，需要供燃料，通气，等等，还不能保证安全。类似的还有一些高能量密度的电池例如燃料电池、融熔碳酸盐电池等，不考虑它们的其他特征，光是使用简单一条就基本无法保证。

5、带来的额外影响够小。
这就不用细说了吧，锂电池对于环境的影响够小，最大的危险也就来自于可能的爆炸了，虽然听起来很可怕但是相比铅酸电池的内有强酸、核电池的有放射性要强太多了。虽然不及碱性电池安全，但是比锂电池更安全的电池没有其他特性都比它强的。

6、可充电，可做很薄。
不用多说。

其他特点也都符合。

有空还想写一些关于新电池技术为什么没有代替锂电池的可能性的说明，不过感觉写到这里很多知友应该能分析每种新电池的“适者生存”的程度了，就不再卖弄自己这么点知识了。

最后，具体的技术细节还请各位看过就好，只用过电池和参与过电池适配，知识有限，请要求严谨的学院派知友见谅。评论中有其他朋友给出的扩展阅读，有兴趣请翻阅。

现在商业化的二次电池主要是锂电池（50%以上）和铅酸电池（45%以上），其余的才是镍氢电池等。就安全性而言，铅酸电池远比锂电池安全。铅酸电池已经发展了150多年了，而锂电池才短短的20-30年的时间。为啥100 Wh/kg以上的锂电池不能像取代镍氢电池全部取代30 wh/kg的铅酸电池呢？简单而言，耐操，廉价。。。。。。。。。。。。。

限制商业化电池容量的原因主要有3个：

1、安全

2、成本

3、原理

1）安全的电池是所有商业化产品的关键。一旦发生爆炸起火等问题，销售很成问题。参考三星手机的例子。

实际上有人算过，锂电池处于充电态的时候，其能量密度全部释放的话等同于手榴弹释放的能量。也就是说大家每日兜里装着一个定时的炸弹，只是比较安全而已。

2）成本才是关键。就锂电池而言，现在锂资源在涨价，电池级的Li2CO3从原来的10万元/吨不到，涨到快20万元/吨。钴也在涨价。结果就是几大锂业公司和钴业公司的股票在涨。电池正极材料出厂价也在涨。而铅酸电池的原料Pb的价格比较稳定，除了环保的压力，基本上没有波动。

3）原理才是根本。这一点，陈博士已经说的很清楚了，不过我反过来过一下。怎么提高电池的容量？就以现在水平而言。

锂电池的限制在于锂，锂作为载流子，Li的含量限制其自身的发展。正极材料的其他非电化学活性元素限制其自身的发展。因此，有人提出锂硫电池，锂氧电池等概念，正极材料中元素全部为电化学活性元素，有效提高了锂电池的能量密度。但是这些材料自身存在一定的问题。

锂硫电池的硫溶解，不导电，体积膨胀是三大关键性问题。所以包括清华大学张强，国外的NaZar等大牛，发了很多物理或者化学等限硫的文章。然而至今没有见到锂硫电池的生产厂商。

锂氧的问题就更多了。锌空气电池没有解决的问题，锂氧电池依然存在。

更换载流子？钠离子电池，钾离子电池，镁离子电池，铝离子电池，阴离子电池（Cl），双离子电池。。。。。这些体系大家都尝试过了。结果却是各自有各自的问题。