锂电池的下一代电池会是哪种？
来源：宝鄂实业
2019-07-15 15:00
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目前锂电池仍然是电动汽车的主要动力来源，近年来关于氢燃料电池的呼声也持续高涨，固态电池也被业界广泛看好，未来技术发展的不确定性，意味着可能随时被颠覆。在当前我国动力电池总体产能过剩，优质产能不足的情况下，急需进一步创新发展，以期取得具有颠覆性的技术突破。
电池能量密度初步达300Wh/kg 成本最低0.8元/瓦时
北京理工大学教授、中国工程院院士吴锋指出，到2020年国家对于动力锂离子电池能量密度的指标是300Wh/kg，现在一些电池企业已经初步达到了这个指标，还在进一步提高综合性能。
能量密度提升，同时随着技术的进步，电池价格也显著下降。新能源汽车发展十年来，恰逢锂离子电池能量密度从100Wh/kg提升到300Wh/kg，价格从5元/瓦时降低到现在最低0.8元/瓦时，实现了蓄电池领域百年来革命性突破。清华大学教授中国科学院院士、世界新能源汽车大会科技委员会联合主席欧阳明高在会上表示。
关于能量密度和成本，宁德时代也在会上提到，到2025年动力电池系统能量密度可达250Wh/kg，价格可达100美金，不含税的情况下700元左右，在这种情况下电动汽车的续航里程焦虑已经不成问题。
下一代电池开发方向
能量密度、安全性、循环寿命、快速充电、温度的使用范围以及成本等让动力电池行业仍面临着较大的挑战，业内包括专家和电池厂商们也一直在探索下一代电池技术，以提高动力电池产品性能、甚至是取代现有电池产品。
关于下一代电池的开发方向，众说纷纭。北京理工大学教授、中国工程院院士吴锋在大会上发表了题为“中国动力电池及相关材料的研发进展”的主题演讲。他指出，在技术进展方面，973团队把新一代高比能锂离子电池正极材料的研发重点放在了富锂锰基材料方面。目前北京大学等单位在高比容富锂锰基材料研究方面取得了突破。
同时，他还表示，动力电池正迈向固态化时代，比较看好硫化合物和聚合物的结合，但还是要一步一步来，从准固态向固态发展。
世界新能源汽车大会 透露出下一代动力电池这些信号
无独有偶，在下一代电池开发方向上，LG化学CEO辛学喆也在会上表示，LG化学将努力开
发固态锂离子电池，主要创新点集中在两方面：一是固态锂离子电池，确保技术的安全、稳定，大幅提升技术；二是锂金属材料，LG化学目前也在关注锂硫电池，开发高能量密度和低成本的锂硫电池。
未来动力电池的发展方向还尚未有定论，但可以肯定的是，一定是朝着高能量密度、高安全性方向发展。电车资源认为，不管是哪种技术方向，都应注意平衡高比能量与安全性，唯有在保证安全性的前提下，新能源汽车才能走的更远，迎来更辉煌的发展。
最近特斯拉、蔚来汽车的电池自燃事件频发，于是大家对锂电池的关注焦点从续航里程转移到了安全问题上。从消费者的角度，当然希望有价格低、续航长、性能好、安全高等的完美电池出现，但是这并不符合物理定律。
电池研究就像是玩平衡术，需要在几个维度之间不断的协调、折中，往往是改变一个维度上的指标就会牵动其他几个维度。
最近刷领英看到比尔·盖茨分享的一篇文章。他说很少有发明像电池一样给生活带来这么大的改变。同时，越来越多的发明家河投资家投身到这个领域，致力于制造出更好的电池。他转发的这篇文章叫做《How we get to the next big battery breakthrough 》，发表于2019年4月8日，其中包含一些最新的信息。我把原文翻译成了中文，供参考！
电动飞机可能是航空业的未来。从理论上讲，它们将比我们现在拥有的飞机更安静、更便宜、更清洁。一次充电1000公里（620英里）的电动飞机今天可以用于所有商用飞机飞行的一半，将全球航空的碳排放量减少了大约15%。
电动汽车也是如此。电动汽车不仅仅是污染喷涌的同类产品的清洁版。从根本上说，它是一辆更好的汽车：它的电动机产生的噪音很小，对司机的决定反应迅速。给电动汽车充电的费用远低于支付等量汽油的费用。电动汽车可以用一小部分运动部件来制造，这使得维修成本更低。
那么为什么电动汽车还没有普及呢？这是因为电池价格昂贵，使得电动汽车的前期成本远高于类似的燃油动力汽车。而且，除非你开很多车，否则节省的汽油并不总能抵消更高的前期成本。总之，电动汽车仍然不经济。
同样，目前的电池在重量或体积上也不能储存足够的能量来为客机提供动力。在电池技术成为现实之前，我们仍然需要取得根本性的突破。
电池驱动的便携式设备改变了我们的生活。但是，如果能便宜地制造出更安全、更强大、更高能量密度的电池，那么电池就有更多的可能被破坏。任何物理学定律都不能排除它们的存在。
然而，尽管自1799年第一个电池发明以来经过了两个多世纪的密切研究，科学家们仍然不完全理解这些设备内部到底发生了什么的基本原理。我们所知道的是，为了让电池再一次真正改变我们的生活，基本上有三个问题需要解决：电力、能源和安全。
没有一个适合所有锂离子电池的尺寸
每个电池有两个电极：一个阴极和一个阳极。大多数锂离子电池的阳极是由石墨制成的，但阴极是由各种材料制成的，这取决于电池的用途。下面，您可以看到不同的阴极材料如何改变电池类型在六个方面的表现。
能量挑战
一般来说，人们使用「能源」和「能量」是可以互换的，但在谈论电池时区分它们是很重要的。功率是能量释放的速率。
一个强大的电池能够在很短的时间内释放大量的能量足以支撑商业喷气式飞机的起飞和保持在1000公里的高空飞行，特别是起飞的瞬间。因此，这不仅仅是可以储存很多能量，还涉及到拥有迅速释放能量的能力。
应对能源挑战需要我们了解商用电池里面到底是什么。或许，这些内容听起来有些呆板，但是请容忍一下。新的电池技术经常被夸大，就是因为多数人对电池的细节不够了解。
我们目前最前沿的电池化学是锂离子。大多数专家都同意，在至少十年或更长的时间里，没有其他化学物质会破坏锂离子。锂离子电池有两个电极（阴极和阳极），中间有一个分离器（一种可以传导离子而不是电子的材料，旨在防止短路），还有一个电解质（通常是液体），使锂离子在电极之间来回流动。当电池充电时，离子从阴极移动到阳极；当电池供电时，离子向相反的方向移动
锂离子电池内部
想象一下两条切片面包。每个面包都是一个电极：左边是阴极，右边是阳极。让我们假设阴极是由镍、锰和钴（NMC）薄片组成的——这是同类中最好的薄片之一，阳极是由石墨组成的，石墨本质上是由碳原子的层状薄片或薄片组成。
在放电状态下，也就是说，在能量耗尽后，NMC面包在每片之间夹有锂离子。当电池充电时，每一个锂离子从薄片之间被提取出来，并被迫通过液体电解质。分离器充当检查点，确保只有锂离子通过石墨层。当电池充满电时，电池的阴极层就不会剩下锂离子，而是整齐地夹在石墨层之间。当电池的能量被消耗时，锂离子会回到阴极，直到阳极中没有剩余的锂离子。这时电池需要重新充电。
电池的能量容量基本上取决于这个过程发生的速度。但提高速度并不容易。过快地将锂离子从阴极面包中抽出可能会导致切片产生缺陷，最终破裂。这就是为什么我们使用智能手机、笔记本电脑或电动车的时间越长，它们的电池寿命就越差的一个原因。每次充放电都会使面包变弱。
许多公司都在努力解决这个问题。一种想法是用结构更坚固的材料代替层状电极。例如，已有100年历史的瑞士电池公司Leclanch_正致力于一项技术，该技术使用具有「橄榄石」结构的磷酸铁锂（LFP）作为阴极，使用具有「尖晶石」结构的钛酸锂（LTO）作为阳极。这些结构在处理锂离子进出材料的流动方面更为出色。
