為什麼人類的電池續航能力技術一直沒有新突破?

尋夢新聞LINE@每日推播熱門推薦文章,趣聞不漏接❤️

加入LINE好友

準確地說,電池技術並非停滯不前,而是相對其他技術的日新月異來說,進步不是很明顯。

鋰電池在上世紀70年代左右被發明出來,直到90年代,SONY才生產出第一塊能被商用的鋰電池;到了21世紀初,鋰電池才被大規模用於手機、筆記本等智能設備。

大家可以看到,電池發展到鋰電池後,核心理論和原理30年來都沒有大的突破。這是為什麼呢?

鋰電池是化學電池,其構成為正極、負極、電解質。通用的鋰電池,正極材料是鈷酸鋰,負極材料是石墨。經過反復的試驗研究發現,鈷酸鋰和石墨這兩者的配合是最默契穩定的。

而且鋰電池具有相當的優勢:

1.環境友好,沒有記憶效應。相比鋰電池之前的鎳氫電池等,否則每次充電都要充到100%,那可真的太麻煩了。

2.能量密度比較高,單位體積內能儲存更多的電量。其他材料,要麼根本喂不飽現在的智能設備,要麼就要體積太大,不符合輕薄化的趨勢。

3.鋰電池的性價比是最高的。當下,關於電池最新的研究也都是開發出新型的正負電極材料,但涉及到商業化應用,最大的問題就是制備成本過高。

所以,要做到電池的革命,就要從正負極的用料上做文章,要找到比石墨和鈷酸鋰更限、更便宜的搭檔才行,但這並不容易。

從另外一個方面說,電池技術沒有重大突破真不是什麼壞事,電池按兵不動,反而倒逼著其他硬件工藝、技術飛速發展。比如快充技術和無線充電就是最典型的。

鋰電池的發展正處於一個瓶頸期,能量密度已經接近其物理極限。我們需要新的材料或者技術去做到鋰電池的突破,以下幾種電池材料被業內人士一直看好,可能將成為打破鋰電池障礙的突破口。

1、矽碳復合負極材料

數位終端產品的大螢幕化、功能多樣化後,對電池的續航提出了新的要求。矽碳復合材料作為未來負極材料的一種,其理論克容量約為4200mAh/g以上,比石墨類負極的372mAh/g高出了10倍有餘,其產業化後,將大大提升電池的容量。

2、鈦酸鋰

近年來,國內對鈦酸鋰的研發熱情較高,鈦酸鋰的優勢主要有:循環壽命長(可達10000次以上),屬於零應變材料(體積變化小於1%),不生成傳統意義的SEI膜;安全性高。其插鋰電位高,不生成枝晶,且在充放電時,熱穩定性極高;可快速充電。

3、石墨烯

石墨烯自2010年獲得諾獎以來,廣受全球關注,特別在中國。國內掀起了一股石墨烯研發熱潮,其具諸多優良性能,如透光性好,導電性能優異、導熱性較高,機械強度高。

鑒於石墨烯當前的批量生產工藝不成熟、價格高昂、性能不穩定,石墨烯將率先作為正負極添加劑在鋰離子電池中使用。

4、碳奈米管

碳奈米管是一種石墨化結構的碳材料,自身具有優良的導電性能,同時由於其脫嵌鋰時深度小、行程短,作為負極材料在大倍率充放電時極化作用較小,可提高電池的大倍率充放電性能。

5、富鋰錳基正極材料

高容量是鋰電池的發展方向之一,但當前的正極材料中磷酸鐵鋰的能量密度為580Wh/kg,鎳鈷錳酸鋰的能量密度為750Wh/kg,都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達到900Wh/kg,成為研發熱點。富鋰錳基雖然克容量優勢明顯,潛力巨大,但限於技術進展較慢,其大批量上市還需時間。

6、動力型鎳鈷錳酸鋰材料

一直以來,動力電池的路線存在很大爭議,因此磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等路線都有被採用。磷酸鐵鋰雖然安全性高,但其能量密度偏低軟肋無法克服,而新能源汽車要求更長的續航里程,因此長期來看,克容量更高的材料將取代磷酸鐵鋰成為下一代主流技術路線。

7、塗覆隔膜

塗覆隔膜是指在基膜上塗布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。塗覆隔膜的作用是:1、提高隔膜耐熱收縮性,防止隔膜收縮造成大面積短路;2、塗覆材料熱傳導率低,防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控。

8、陶瓷氧化鋁

在塗覆隔膜中,陶瓷塗覆隔膜主要針對動力電池體系,因此其市場成長空間較塗膠隔膜更大,其核心材料陶瓷氧化鋁的市場需求將隨著三元動力電池的興起而大幅提升。

用於塗覆隔膜的陶瓷氧化鋁的純度、粒徑、形貌都有很高要求,日本、韓國的產品較成熟,但價格比國產的貴一倍以上。

9、高電壓電解液

提高電池能量密度乃鋰電池的趨勢之一,目前提高能量密度方法主要有兩種:一種是提高傳統正極材料的充電截止電壓,如將鈷酸鋰的充電電壓提升至4.35V、4.4V。但靠提升充電截止電壓的方法是有限的,進一步提升電壓會導致鈷酸鋰結構坍塌,性質不穩定;另一種方法則是開發充放電平台更高的新型正極材料,如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。

正極材料的電壓提升後,需要與之配套的高電壓電解液,添加劑對電解液的高電壓性能起到關鍵性作用,其成為近年來的研發重點。

留言您的看法!幫小編轉發讓更多人看見~!謝謝您~!

轉載於:風水人生

About 尋夢園
尋夢園是台灣最大的聊天室及交友社群網站。 致力於發展能夠讓會員們彼此互動、盡情分享自我的平台。 擁有數百間不同的聊天室 ,讓您隨時隨地都能找到志同道合的好友!