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锂电池技术在进步 但缺乏革命性改变

2015-05-16 08:51
Radow
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  近期科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》,明确提出动力电池的单体比能量2015年底达到200瓦时/公斤,2020年达到300瓦时/公斤。

  众所周知,当前各种不同材料的锂电池单体比能量最高也就在200瓦时/公斤,这已经是部分锂电池的极限,而单体比能量300瓦时/公斤已经超出了部分锂电池的理论值。未来锂电池究竟该走向何方?

  技术在进步 但缺乏革命性改变

  回首过往十年,锂电池技术在不断进步,最为明显的感受就是电池容量明显增加了。用过笔记本电脑的人都知道,2005年笔记本电脑的续航时间一般都在2个小时左右,差点只有1个小时,而现在笔记本电脑的续航时间普遍在5个小时以上,有的甚至可以达到10个小时。

  技术进步的另一明显好处就是价格在不断下滑。价格下滑使得锂电池的应用领域在不断扩大,挤占镍氢、镍镉、铅酸等二次电池的市场。

  其他方面的进步还包括:电池种类不断丰富,聚合物锂电池开始占据行业主导地位,方形、圆柱形、软包电池逐步形成三足鼎立之势;充电时间明显缩短,10年前一块手机电池充满需5-6个小时,现在一般只要2-3个小时,这还是在容量翻倍的情况下……

  客观来看,锂电池在这十年间的技术进步的确很大,但缺乏革命性的改变。锂电池与10年前没有两样:结构没有发生变化,主要配套材料基本没有变化。尤其是正极材料还与10年前一样,还是钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂这四种。有变化的只是不同材料的市场占比,10年前是钴酸锂的天下,现在则是钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂四分天下。

  LiCoPO4、Li3V2(PO4)3等高电压以及高比能量正极材料报道屡见不鲜,硅负极、金属负极等能够解决一切问题的新型负极材料频繁见诸报端,石墨烯、碳纳米管等新材料应用于锂电池也经常出现在媒体头条,玻璃陶瓷、离子液体等新型电解质层出不穷。能量密度更高、单位成本更低、循环次数更多、充电速度更快……论文有很多,投资也很大,但实际产品却还没有。

  然而,下游应用市场正在发生根本性变化,手机已经完成了从功能手机到智能手机的变革,平板电脑尽管还不能取代笔记本电脑,但已经占领了部分市场,电动汽车的兴起正在引领汽车革命,可穿戴设备正在快速兴起,这些都对锂电池提出了更高的要求。

  事实是,目前锂电池还达不到智能手机、电动汽车提出的要求。2005年手机电池容量只有1000mAh左右,其待机时间可以轻松到1周,正常使用2天没有问题,而现在容量达到3000mAh的手机待机时间能有2天就不错了,实际用起来连一天都坚持不了。

  作为消费电子产品,手机充电非常方便,不管是在家还是在单位都很容易解决。而移动电源的出现进一步解决了外出无法充电难题,所以手机电池问题还不是很突出。

  但电动汽车就完全不一样了。大部分电动汽车的续航历程只有200公里左右,这与内燃机汽车500-600公里的续航历程相比差距甚远,就算是特斯拉也只能达到400公里,这是增加了大量锂电池的结果。

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