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 　電池的作用可是眾所周知的，小到電子表、隨身聽，大到汽車衛(wèi)星都離不開電池。但是相比其他科技領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)，電池技術(shù)的發(fā)展比較緩慢。

 

　　1、鋰電池誕生時間與原理

 

　　1991年，索尼推出首個商用鋰電池，鋰電池沿用至今并稱為主流的電子設(shè)備電池技術(shù)。由于鋰離子是最輕的堿金屬元素，擁有著更小、更輕、能量密度更高的特性，所以迅速取代了鎳電池。

 

　　鋰電池構(gòu)成物質(zhì)中有磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料，但要靠著“鋰離子”這個元素在正、負(fù)極中的嵌入與脫出，才可實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，最終完成充放電過程。

 

　　從1991到2015年，電池技術(shù)并非沒有進(jìn)步，只是發(fā)展緩慢。目前鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速增長的電子產(chǎn)品、電動汽車等的需求。

 

　　2、增加電池容量的兩種方法

 

　　想要提升鋰電池續(xù)航能力的本質(zhì)方法只有兩種，一是增大電池體積以擴(kuò)充電量，二是在有限的體積內(nèi)增加密度來獲得長能效。第一種方法現(xiàn)在用在特斯拉電池汽車上，拆掉特斯拉的外殼，底下是密密麻麻的7000多節(jié)18650電池，重量為700kg，接近車總重的三分之一。

 

　　第二種方法則是經(jīng)常被用在了手機(jī)上，由于手機(jī)體積有限，不可能無限制往里面塞電池。不過經(jīng)過研究人員的努力，手機(jī)電池的密度還是有了很大的提升，高能量比的負(fù)極材料的應(yīng)用，已經(jīng)讓單位體積的手機(jī)電池容量提升了一倍。

 

　　3、目前手機(jī)電池面臨的短板

 

　　隨著智能手機(jī)的發(fā)展，更大更高分辨率屏幕、大量手機(jī)APP、更快的Soc等耗電大戶，加劇了電池電量的消耗速度。如果要想徹底解決手機(jī)續(xù)航問題，既要增加電池體積又要增加電池密度，雙管齊下才能效果顯著。

 

　　但很無奈的是，目前手機(jī)正望著輕薄方向發(fā)展，想擴(kuò)大電池體積不大可能，增加電池能量密度是唯一的辦法，電池密度的提升就如同一塊體積有限的海綿來吸水，從50%-90%的提升不難，但想要從90%-100%就不很容易了，因為已經(jīng)快飽和了。

 

　　不只是用戶關(guān)心，電池廠商們也都在花功夫研究，畢竟這是一個“人無我有”的大賣點(diǎn)。誰都知道續(xù)航是軟肋，但無奈效果并不理想。所以說，鋰電池提升效果不夠明顯不是我們毫無作為，而是對現(xiàn)有鋰子電池性能的利用率已經(jīng)接近能達(dá)到的極限了。

 

　　4、未來電池技術(shù)的發(fā)展方向

 

　　既然在鋰電池技術(shù)遇到瓶頸，人們就想到了一些另辟蹊徑的辦法，間接的有效解決了用戶對續(xù)航的需求，移動電源就是一個很好的例子。不過我們今天說的不是這個，而是快速充電。

 

　　快速充電技術(shù)就是近年涌現(xiàn)出來的一種解決途徑。既然電池體積受限密度又不能再增加，那就縮短充電時間，通過這種逆向的方式來達(dá)到相對延長電量的結(jié)果，雖然討巧但確實(shí)也有效。

 

　　未來電池的4大發(fā)展方向：

 

　　隨著電動汽車的浪潮席卷全球，各大車企紛紛發(fā)力布局。受政策補(bǔ)貼刺激，中國電動車市場的增速均超越美國和歐洲，成為全球最大的市場，自主品牌乘著這股東風(fēng)也得以蓬勃發(fā)展。因此，在2016年上半年全球電動車銷量排行榜上，有9家自主車企進(jìn)入前20名，比亞迪更是以巨大的優(yōu)勢成為銷量冠軍。

 

　　電池作為電動汽車的核心部件，與續(xù)航里程和充電時間密切相關(guān)。目前大部分的電動車都在采用鋰離子電池，比如采用磷酸鐵鋰電池的比亞迪E6、三元鋰電池的特斯拉Model S和錳酸鋰電池的日產(chǎn)聆風(fēng)。電池技術(shù)百花齊放，例如以下的四大技術(shù)，就是未來重要的發(fā)展方向。

 

　　納米鋰電池：充電時間大幅縮短

 

　　技術(shù)發(fā)展使得電池容量不斷擴(kuò)大，但隨之而來的是充電時間的延長，對充電速度也有了更高的要求。目前的主流電動車的慢充時間在5到10小時之間，快速充電能在1到2小時內(nèi)充滿，但長期使用會影響電池壽命。而世界上最快的特斯拉超級電站，僅需40分鐘就能充電80%，但這和納米鋰電池一比就不算什么了。

 

　　新加坡南洋理工大學(xué)發(fā)明了一種基于納米管的新型電池，能在2分鐘內(nèi)充電70%，其使用壽命長達(dá)20年。傳統(tǒng)的鋰電池?zé)o法快速充電，主要出于石墨電極的安全考慮，在工作時電極表面會形成電解質(zhì)膜，減慢鋰離子的運(yùn)輸速度。但南洋理工大學(xué)采用二氧化鈦納米管凝膠來替代石墨，能讓化學(xué)反應(yīng)加速，進(jìn)而縮短充電時間。但由于工藝復(fù)雜，成本較高，這項技術(shù)要普及恐怕還需要好幾年。

 

　　鋰空氣電池：蓄電量倍數(shù)提升

 

　　鋰空氣電池的最大優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，目前的鋰離子電池能量密度只有 Wh/kg左右，而現(xiàn)有的鋰空氣電池已經(jīng)達(dá)到500 Wh/kg，理論上的極限是12k Wh/kg，還有極大的提升空間。IBM公司很看好這項技術(shù)，發(fā)起了“電池500”的項目，也就是將續(xù)航里程提升到500英里(即800公里)。

 

　　鋰空氣電池的正極是多孔導(dǎo)電碳，負(fù)極為鋰電池，為了讓鋰離子和空氣充分接觸，特意將電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計得像人體肺部一樣，來加大與空氣的接觸面積。這種電池的充/放電效率較低，而且穩(wěn)定性也是一大難題，在實(shí)際應(yīng)用中可能會發(fā)生短路爆炸。最早看到它應(yīng)用在電動車上，估計要等到2020年。

 

　　固態(tài)電池：更輕便，更安全

 

　　傳統(tǒng)鋰電池采用液態(tài)電解質(zhì)，而固態(tài)電池原理相同，只是將電解質(zhì)換成固態(tài)——通常是金屬混合物。這樣設(shè)計的好處是讓更多帶電離子聚集在一起，傳導(dǎo)更多的電流，同時有效減少電池體積和重量，安全性更出色。因為液態(tài)電解質(zhì)在高溫下會發(fā)生副反應(yīng)，容易產(chǎn)生爆炸，而固態(tài)電池就不會有這問題。

 

　　雖然固態(tài)電池全方面改良了鋰電池，但特斯拉CEO馬斯克并不看好它，因為它生產(chǎn)成本實(shí)在太高，短期內(nèi)難以下降。正因如此，許多資金匱乏的新創(chuàng)公司或者破產(chǎn)，或者被收購。目前最接近量產(chǎn)的Sakti3固態(tài)電池就已經(jīng)被戴森公司接手，戴森最近宣布投資14億美元來建立電池廠，這場豪賭能否讓固態(tài)電池盡快普及?仍有待觀察。

 

　　半固態(tài)鋰液流電池：生產(chǎn)成本更低

 

　　在此領(lǐng)域最領(lǐng)先的莫過于蔣業(yè)明教授開創(chuàng)的24M公司，半固態(tài)鋰液流電池可以說是對液流電池的改進(jìn)，它的電極由鋰化合物粒子和電解液混合而成，電極厚度比傳統(tǒng)鋰電池增加5倍，既提升了能量密度，又減少80%的“非活性”材料，從而降低了材料成本。

 

　　同時這種設(shè)計還免去了干燥這道工序，意味著可以撤掉不必要的生產(chǎn)線，生產(chǎn)時間也得到壓縮。據(jù)推測，到2020年每千瓦時容量的成本將降到100美元以下。這項技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)思路，但也意味著現(xiàn)有生產(chǎn)線和工藝不適用于它，所以24M公司仍處于摸著石頭過河的階段。

 

　　除了以上這4項技術(shù)，還有泡沫電池、鋰硫電池、石墨烯等也引起了廣泛關(guān)注，大部分都處于研發(fā)階段，還很難說哪種電池會成為下一代的主流產(chǎn)品。百花齊放雖是好事，但也造成了研究資金的分散。

 

　　研究機(jī)構(gòu)Lux Research數(shù)據(jù)顯示，在過去八年，新創(chuàng)公司平均只獲得4000萬美元的總投資，換成每一年就是500萬美元，可以說是杯水車薪，要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)可謂荊棘滿途。而反觀實(shí)力雄厚的大公司，比如三星、LG和松下，近幾年愈發(fā)保守，更傾向于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，缺少大刀闊斧改革技術(shù)的決心。因此，鋰電池在短期內(nèi)不會被淘汰，仍將占據(jù)主流地位。