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鋰離子電池包技術(shù)發(fā)展緩慢的原因

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:880次  |  2021年02月20日  

近些年來,研究人員努力提高鋰離子電池包的能量密度、價值、安全性、環(huán)境影響以及試用壽命,并在設(shè)計(jì)全新類型的電池。那么,電池技術(shù)何時才能有革命性的突破?


一、傳統(tǒng)鋰離子電池包技術(shù)發(fā)展緩慢,進(jìn)一步優(yōu)化的空間有限


消費(fèi)電子、汽車和電網(wǎng)存儲是目前電池重要應(yīng)用的三個行業(yè)。存能電氣小編把這三個行業(yè)稱為人們與電池連接的三大領(lǐng)域。每個領(lǐng)域?qū)﹄姵囟加胁煌囊螅虼怂褂玫碾姵匾部赡艽蟛幌嗤?/p>

在你口袋里的手機(jī)要結(jié)實(shí)、安全的電池,重量和成本倒不用太考慮。


而關(guān)于汽車電池行業(yè)而言,要的電池很多,因此成本和重量以及循環(huán)使用壽命(假如新特斯拉每兩年要更換一次新電池,你會抓狂的)就變得十分重要。


用于存儲房屋和電網(wǎng)的電力的電池對重量或尺寸要求則不高。


幾乎電子行業(yè)的每一個部分都要電池,從而也都受到電池的功率輸出和能量壽命的限制。電池的發(fā)展或進(jìn)步比其他領(lǐng)域慢得多,這是電池本身的局限性,你不能指望有能給手機(jī)供電一周或一個月的電池。因?yàn)椋鎯υ陔姵刂械淖畲竽芰渴怯晒逃械脑貨Q定。


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。在鋰離子電池包的構(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。


然而,鋰離子電池包的技術(shù)進(jìn)步發(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上升的電子產(chǎn)品、電動汽車等的需求?,F(xiàn)在傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)已接近瓶頸,進(jìn)一步優(yōu)化的空間有限。


二、科學(xué)家正致力于研發(fā)新型鋰離子電池


目前,科學(xué)家正致力于研發(fā)儲能更強(qiáng)、壽命更長的新型電池,特別是在不同的領(lǐng)域開發(fā)出更為適合的電池,因?yàn)闆]有一種電池可以適用所有領(lǐng)域。


1、不久前,我國科學(xué)家開發(fā)出一種可在零下70攝氏度使用的鋰離子電池,未來有望在地球極寒地區(qū),甚至外太空使用,聽起來真是吊炸天。據(jù)研究人員稱,這種新電池使用的材料成本不高,還環(huán)保,但要想將其商業(yè)化尚有待時日,重要問題是其能量密度太低,還比不上傳統(tǒng)的鋰離子電池包。


2、在汽車行業(yè)中,電池最終決定了汽車的壽命,也決定了人們關(guān)于電動汽車的恐懼和焦慮。為了解決這個問題,工程師和科學(xué)家正在嘗試將更多的電壓容量填充到電池中。目前,大量的研究致力于尋找新的材料和化學(xué)品以輔助或替換鋰離子晶格或電池的其它部分。


例如一些創(chuàng)新的做法,將傳統(tǒng)的石墨陽極晶格可以替換為硅,會擁有10倍多的鋰離子,但硅在吸收鋰離子時會膨脹,所以研究者們要解決這個問題;將鋰金屬代替晶格充當(dāng)陽極,但是有可能它在充電時會發(fā)生短路。而這是自鋰離子電池問世二三十年以來,令電池制造商一直頭疼的老大難問題。


3、琢磨電池的心臟電極/電解液界面。在所有的環(huán)境因素中,溫度對電池的充放電性能影響最大。我國復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、新能源研究院教授夏永姚帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出耐寒新電池,采用凝固點(diǎn)低、可在極端低溫條件下導(dǎo)電的乙酸乙酯作為電解液,并使用兩種有機(jī)化合物分別作為電極的陰極和陽極。


乙酸乙酯電解液和有機(jī)高分子電極讓可充電電池在零下70攝氏度的極低溫條件下工作。新電池的材料充足、便宜且環(huán)保,他預(yù)計(jì)這種材料的價格只有傳統(tǒng)鋰離子電池電極材料的約三分之一。


要了解,在俄羅斯和加拿大等極寒地區(qū),溫度低于零下50攝氏度;在太空中,溫度低至零下157攝氏度。而傳統(tǒng)鋰離子電池包在零下20攝氏度時性能只有其最優(yōu)水平的50%,零下40攝氏度時只有最優(yōu)水平的12%。


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