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如何筛选靠谱的锂离子电池技术?

2017-07-26 行业资讯

近年来,电动汽车、新能源已然成为我国重要的发展方向,电池可以称之为该领域的核心技术。与此同时,市场上也存在诸多与电池相关的大新闻,“X分钟X秒钟充满电,续航1000公里”等讯息令大众惊奇不已。

然而,从专业角度,我们需要慎重对待这些新奇新闻。

虽然电池技术在近几年确有进步,但其性能似乎距大众期望尚远:电动汽车所用动力电池容量确有上升,然其续航里程却不能令人满意;手机方面,三星只是适度的提升其电池能量密度,加之一些管理、设计上的问题,NOTE7便遭遇了“滑铁卢”。尽管在社会上,电池已经成为大家寄以厚望的热点,但我们必须理性地意识到:电池进步虽有很多种可能性,但选出一条可行的路并且把它走通(产业化以服务社会)却并不容易,因为选择和研发都需要投入很多的精力。因此就目前锂电池行业和广大社会期望而言:大众所期望的快速运转尽早实用的心态固然可以理解,但在产业实际中并不可取。

因此谨慎选择和筛选锂电池技术十分重要!

众所周知,锂离子电池具有良好的综合性能,是消费电子、电动汽车甚至储能行业的主力军,近年来社会及专业人士对其期望值也很高。目前,市场上存在多种锂电池技术,这在某种程度上极大地吸引了投资人、各地政府的注意力。但值得注意之是:这些技术整体来说良莠不齐,不乏以下情况:有些包装很好,实际技术先进性却是大大的问号。
 

在此背景下,笔者特在此介绍一些筛选锂离子电池的基本常识,以便向广大普通群众进行科普与知识宣传。

一、什么是锂离子电池?其工作原理为何?

锂离子电池是一种二次电池(即可反复充放电的电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+(锂离子)在两个电极之间往返嵌入和脱嵌,因为锂离子在正极和负极材料中储存时能量不同,而该能量差就是锂电池能存储/释放的电量:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态,正极处于脱锂状态;放电时则相反。下图就是锂离子电池工作的典型示意图,其使用的反应体系为最经典的钴酸锂正极-石墨负极。

在该电池中,以充电过程为例正负极的具体反应如下:

LiCoO2=Li1-xCoO2+ xLi+ +xe-

6C+ xLi+ +xe-=LixC6

因为材料本体的性质局限,在正极的反应过程中,钴酸锂一般情况下只能脱出0.5个锂离子,再多则会导致结构坍塌损坏,因此一般情况下钴酸锂的理论容量上限只有140mAh/g左右,而负极石墨的理论密度为360mAh/g。再加上钴酸锂的放电的平均电压为3.7V(实际上是从4.2V的充满电最高电压逐渐下降到3V左右,3.7V为平均值),同时,考虑到石墨负极很低的电位值,以及电池中各种其它元件的占比,最后可以得到我们用的锂电池(例:手机)的能量密度大约是160Wh/kg左右。

能量密度对于各种电池都是最为基础的核心参数,必须而且应该是公开透明数据。然目前常用锂离子电池中,由于取决材料、技术体系不同,能量密度可以从几十(比如钛酸锂)到200Wh/kg左右。一旦这个数值极高(或极低),就值得重点关注了:一方面,在技术人员的努力下,做出了较高的能量密度,可能技术上有突破,值得庆祝;另一方面,不排除有部分人士商家存在性能夸大现象。如果能量密度数据不轻易标出,则消费者购买/投资人投资前就需谨慎思考(因为谨慎推测:不愿意标注的多半是因为该性能不佳)。电池的基础是电化学科学,而对于这一领域,有一个朴素但是最为基本的原理:任何一种电池,其存储能量的机理均需写出一个相应的电化反应方程式,如此才能知道其电压情况,判断其理论极限能量密度等,而且这些对于电池而言都只是最基本信息。不论此电池技术有多新(或只是相关人士所说的新),其原理都必须能写成化学方程式,落实在纸面上,如此才可以经得起学界、工业界常识的检验。