鉅大LARGE | 點擊量：1198次 | 2018年09月29日
如何篩選最靠譜的鋰電池技術？
近年來，電動汽車、新能源已然成為我國重要的發(fā)展方向，電池可以稱之為該領域的核心技術。與此同時，市場上也存在諸多與電池相關新聞，“X分鐘X秒鐘充滿電，續(xù)航1000公里”等訊息令大眾驚奇不已。然而，從專業(yè)角度來看，我們需要慎重對待這些新奇新聞。
雖然電池技術在近幾年確有進步，但其性能似乎距大眾期望尚遠：電動汽車所用動力電池容量確有上升，然其續(xù)航里程卻不能令人滿意；手機方面，三星只是適度的提升其電池能量密度，加之一些管理、設計上的問題，NOTE7便遭遇了“滑鐵盧”。盡管在社會上，電池已經(jīng)成為大家寄以厚望的熱點，但我們必須理性地意識到：電池進步雖有很多種可能性，但選出一條可行的路并且把它走通（產(chǎn)業(yè)化以服務社會）卻并不容易，因為選擇和研發(fā)都需要投入很多的精力。因此就目前鋰電池行業(yè)和廣大社會期望而言：大眾所期望的快速運轉盡早實用的心態(tài)固然可以理解，但在產(chǎn)業(yè)實際中并不可取。因此謹慎選擇和篩選鋰電池技術十分重要！
眾所周知，鋰離子電池具有良好的綜合性能，是消費電子、電動汽車甚至儲能行業(yè)的主力軍，近年來社會及專業(yè)人士對其期望值也很高。目前，市場上存在多種鋰電池技術，這在某種程度上極大地吸引了投資人、各地政府的注意力。但值得注意之是：這些技術整體來說良莠不齊，不乏以下情況：有些包裝很好，實際技術先進性卻是大大的問號。
在此背景下，筆者特在此介紹一些篩選鋰離子電池的基本常識，以便向廣大普通群眾進行科普與知識宣傳。
一、什么是鋰離子電池？其工作原理為何？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池是一種二次電池（即可反復充放電的電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+（鋰離子）在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，因為鋰離子在正極和負極材料中儲存時能量不同，而該能量差就是鋰電池能存儲/釋放的電量：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)，正極處于脫鋰狀態(tài)；放電時則相反。下圖就是鋰離子電池工作的典型示意圖，其使用的反應體系為最經(jīng)典的鈷酸鋰正極-石墨負極。
在該電池中，以充電過程為例正負極的具體反應如下：
LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe-
6C+xLi+xe-=LixC6
因為材料本體的性質局限，在正極的反應過程中，鈷酸鋰一般情況下只能脫出0.5個鋰離子，再多則會導致結構坍塌損壞，因此一般情況下鈷酸鋰的理論容量上限只有140mAh/g左右，而負極石墨的理論密度為360mAh/g。再加上鈷酸鋰的放電的平均電壓為3.7V（實際上是從4.2的充滿電最高電壓逐漸下降到3V左右，3.7為平均值），同時，考慮到石墨負極很低的電位值，以及電池中各種其它元件的占比，最后可以得到我們用的鋰電池（例：手機）的能量密度大約是160Wh/kg左右。
能量密度對于各種電池都是最為基礎的核心參數(shù)，必須而且應該是公開透明數(shù)據(jù)。然目前常用鋰離子電池中，由于取決材料、技術體系不同，能量密度可以從幾十（比如鈦酸鋰）到200Wh/kg左右。一旦這個數(shù)值極高（或極低），就值得重點關注了：一方面，在技術人員的努力下，做出了較高的能量密度，可能技術上有突破，值得慶祝；另一方面，不排除有部分人士商家存在性能夸大現(xiàn)象。如果能量密度數(shù)據(jù)不輕易標出，則消費者購買/投資人投資前就需謹慎思考（因為謹慎推測：不愿意標注的多半是因為該性能不佳）。電池的基礎是電化學科學，而對于這一領域，有一個樸素但是最為基本的原理：任何一種電池，其存儲能量的機理均需寫出一個相應的電化反應方程式，如此才能知道其電壓情況，判斷其理論極限能量密度等，而且這些對于電池而言都只是最基本信息。不論此電池技術有多新（或只是相關人士所說的新），其原理都必須能寫成化學方程式，落實在紙面上，如此才可以經(jīng)得起學界常識的檢驗。筆者近來有友被推銷一種電池，然而推銷人士卻對最基本電池反應原理三緘其口，因為“怕泄密”，同時說出一些違反電化學基本常識的理論，因此購買與采用該技術前還是建議要做仔細調(diào)研，謹慎行事。就電池而言，電化學反應機理是最基本信息，需要公開透明，而且這還僅僅是第一步。電池工程技術真正的壁壘在于對材料、整體結構以及工藝的優(yōu)化。即使基礎原理清楚，還需考慮實現(xiàn)難度，新技術工程化的艱辛是遠超出很多人想像，。近幾十年來中國工業(yè)取得如此大成就得益于技術人員的辛勤積累，不懈堅持與嚴謹鉆研。中國的電池工業(yè)能有目前的成就，同樣離不開腳踏實地的實干精神和在工業(yè)工程化中的辛勤探索。
故而請允許筆者再次引申，此前對“石墨烯（基）（鋰離子）電池”、“石墨烯增強（鋰離子）電池”“石墨烯輔助（鋰離子）電池”的質疑已有諸多分析（只限于鋰電池，并沒有涉及鉛酸等其它技術）。
在此再次強調(diào)：石墨烯用于鋰電池，只能做負極活性材料和導電添加劑。做負極材料其成本高，體積密度低，首次效率極低，使用中會產(chǎn)生結構變化（Re-stacking），成本頗高，基本無可能性；而當作導電添加劑，其與其它碳系材料兄弟競爭，并無明顯優(yōu)勢，又面臨工程中分散等一系列實際問題。實際上，現(xiàn)今市場中各種石墨烯電池技術，幾乎很少有人愿意將自己電化學反應方程式明確公開地寫出，從而讓同行站在科學的角度去檢驗。其中緣由，值得思考。
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