锂电池发展遇到的“瓶颈”

赵敏 2023-06-19

锂电池发展到现在似乎遇到了一个“瓶颈期”，能量密度提升缓慢，成本下降并不迅速，而且在快充、适应温度范围、更大规模部署应用（电动汽车、储能）以及资源丰度方面都已经遇到了挑战。

新能源汽车逐渐成为各大汽车厂商的战场，而锂电池是新能源汽车发展的关键，因此，越来越多的汽车制造商开始和电子生产商合作来增加自身的竞争力。

“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

随着电动汽车市场的升温，许多汽车制造商都计划推出各种新车型，但电池制造商却面临着产能不足的问题，这意味着会有更多的电池工厂将投入建设。

最近，北美松下公司首席执行官Tom Gebhardt表示，随着电动汽车需求的增加，他的公司准备在全球范围增加更多的电池生产工厂。电池需要将一种化学反应物安置在一个密封在容器内，电气、机械和化学工程师都希望达到最大限度地输出。但他们在产品上的定义有所不同，当你做出任何改变，所有这些人都必须同意，这就增长了电池的开发时间。

电池的能量密度，是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。“目前能量密度的提升，成为制约锂离子电池发展的最大瓶颈，面临着诸多世界级难题。”宁德时代首席科学家吴凯说，电池厂家可通过增大电池尺寸来达到电量扩容的效果，但电芯“变胖”或者“长个儿”只治标，并不治本。

那究竟是什么限制了锂电池的能量密度？

电池背后的化学体系是主要原因。一般而言，锂电池的四个部分非常关键：正极、负极、电解质、膈膜。其中正负极是发生化学反应的地方，相当于人体“任督二脉”。

由于目前负极材料的能量密度远大于正极，正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料，所以提高能量密度就要不断升级正极材料。但是，我国高镍材料开发起步晚，技术积累较为薄弱，制备工艺及装备条件较为落后。

为此，国家工程研究中心、福建省重点等重大科研平台，通过与产业链上下游合作单位的协同开发，优化原材料合成工艺条件，提高结构稳定性，调整微观结构、控制材料形貌和尺寸分布，逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。

与日韩竞争对手的同类材料相比，目前国产高镍材料具备可逆容量高、压实密度高、表面及体相结构相对稳定的特点，将打破日韩技术垄断，提升国内产业链技术水平及国产动力电池核心竞争力，打掉创新路上的“第一只拦路虎”。

随着电池能量密度的提升，安全问题也是一个难题。为什么电池制造商这么少，因为电池的容错性很低，对产品的完美性要求非常高。电池安全性问题可不容小觑。此前，三星Galaxy因为电池存在安全问题被大规模召回，电动平衡车(hoverboards)也被爆出锂电池有火灾隐患。

我国现阶段的锂离子电池发展已经到了一定的瓶颈期，要想在短时间内再提升略有些难度。所以我们的汽车厂商们就另寻它法，比如使用石墨烯电池，那么它未来能否取代锂电池呢？

而且也有实验数据表明，用石墨烯制作成的电池存在着许多优点：1、单次续航里程可高达1000公里；2、单次完全充电仅需8分钟以内；3、使用寿命是传统氢化电池的四倍，锂电池的两倍；4、重量仅为传统电池的一半；5、电池成本比锂电池低77%。由此可见，石墨烯电池存在着相当大的潜力！

但是由于石墨烯成本问题，原材料的价格，和工艺上的不兼容，使得，现阶段的石墨烯电池还不能批量生产。不过，虽然现在的石墨烯电池还不能真正意义上代替锂电池，但是随着科技的不断进步，终有一天会实现石墨烯电池取代锂电池，成为动力电池行业主流的那一幕。

责任编辑：展源

审　　核：何发

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