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 　電池的作用可是眾所周知的，小到電子表、隨身聽，大到汽車衛星都離不開電池。但是相比其他科技領域的突飛猛進，電池技術的發展比較緩慢。

 

　　1、鋰電池誕生時間與原理

 

　　1991年，索尼推出首個商用鋰電池，鋰電池沿用至今并稱為主流的電子設備電池技術。由于鋰離子是最輕的堿金屬元素，擁有著更小、更輕、能量密度更高的特性，所以迅速取代了鎳電池。

 

　　鋰電池構成物質中有磷酸鐵、錳、石墨、鈦酸鹽等其他金屬和非金屬材料，但要靠著“鋰離子”這個元素在正、負極中的嵌入與脫出，才可實現電能與化學能的相互轉化，最終完成充放電過程。

 

　　從1991到2015年，電池技術并非沒有進步，只是發展緩慢。目前鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能上，都遠遠高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速增長的電子產品、電動汽車等的需求。

 

　　2、增加電池容量的兩種方法

 

　　想要提升鋰電池續航能力的本質方法只有兩種，一是增大電池體積以擴充電量，二是在有限的體積內增加密度來獲得長能效。第一種方法現在用在特斯拉電池汽車上，拆掉特斯拉的外殼，底下是密密麻麻的7000多節18650電池，重量為700kg，接近車總重的三分之一。

 

　　第二種方法則是經常被用在了手機上，由于手機體積有限，不可能無限制往里面塞電池。不過經過研究人員的努力，手機電池的密度還是有了很大的提升，高能量比的負極材料的應用，已經讓單位體積的手機電池容量提升了一倍。

 

　　3、目前手機電池面臨的短板

 

　　隨著智能手機的發展，更大更高分辨率屏幕、大量手機APP、更快的Soc等耗電大戶，加劇了電池電量的消耗速度。如果要想徹底解決手機續航問題，既要增加電池體積又要增加電池密度，雙管齊下才能效果顯著。

 

　　但很無奈的是，目前手機正望著輕薄方向發展，想擴大電池體積不大可能，增加電池能量密度是唯一的辦法，電池密度的提升就如同一塊體積有限的海綿來吸水，從50%-90%的提升不難，但想要從90%-100%就不很容易了，因為已經快飽和了。

 

　　不只是用戶關心，電池廠商們也都在花功夫研究，畢竟這是一個“人無我有”的大賣點。誰都知道續航是軟肋，但無奈效果并不理想。所以說，鋰電池提升效果不夠明顯不是我們毫無作為，而是對現有鋰子電池性能的利用率已經接近能達到的極限了。

 

　　4、未來電池技術的發展方向

 

　　既然在鋰電池技術遇到瓶頸，人們就想到了一些另辟蹊徑的辦法，間接的有效解決了用戶對續航的需求，移動電源就是一個很好的例子。不過我們今天說的不是這個，而是快速充電。

 

　　快速充電技術就是近年涌現出來的一種解決途徑。既然電池體積受限密度又不能再增加，那就縮短充電時間，通過這種逆向的方式來達到相對延長電量的結果，雖然討巧但確實也有效。

 

　　未來電池的4大發展方向：

 

　　隨著電動汽車的浪潮席卷全球，各大車企紛紛發力布局。受政策補貼刺激，中國電動車市場的增速均超越美國和歐洲，成為全球最大的市場，自主品牌乘著這股東風也得以蓬勃發展。因此，在2016年上半年全球電動車銷量排行榜上，有9家自主車企進入前20名，比亞迪更是以巨大的優勢成為銷量冠軍。

 

　　電池作為電動汽車的核心部件，與續航里程和充電時間密切相關。目前大部分的電動車都在采用鋰離子電池，比如采用磷酸鐵鋰電池的比亞迪E6、三元鋰電池的特斯拉Model S和錳酸鋰電池的日產聆風。電池技術百花齊放，例如以下的四大技術，就是未來重要的發展方向。

 

　　納米鋰電池：充電時間大幅縮短

 

　　技術發展使得電池容量不斷擴大，但隨之而來的是充電時間的延長，對充電速度也有了更高的要求。目前的主流電動車的慢充時間在5到10小時之間，快速充電能在1到2小時內充滿，但長期使用會影響電池壽命。而世界上最快的特斯拉超級電站，僅需40分鐘就能充電80%，但這和納米鋰電池一比就不算什么了。

 

　　新加坡南洋理工大學發明了一種基于納米管的新型電池，能在2分鐘內充電70%，其使用壽命長達20年。傳統的鋰電池無法快速充電，主要出于石墨電極的安全考慮，在工作時電極表面會形成電解質膜，減慢鋰離子的運輸速度。但南洋理工大學采用二氧化鈦納米管凝膠來替代石墨，能讓化學反應加速，進而縮短充電時間。但由于工藝復雜，成本較高，這項技術要普及恐怕還需要好幾年。

 

　　鋰空氣電池：蓄電量倍數提升

 

　　鋰空氣電池的最大優點是能量密度高，目前的鋰離子電池能量密度只有 Wh/kg左右，而現有的鋰空氣電池已經達到500 Wh/kg，理論上的極限是12k Wh/kg，還有極大的提升空間。IBM公司很看好這項技術，發起了“電池500”的項目，也就是將續航里程提升到500英里(即800公里)。

 

　　鋰空氣電池的正極是多孔導電碳，負極為鋰電池，為了讓鋰離子和空氣充分接觸，特意將電池內部結構設計得像人體肺部一樣，來加大與空氣的接觸面積。這種電池的充/放電效率較低，而且穩定性也是一大難題，在實際應用中可能會發生短路爆炸。最早看到它應用在電動車上，估計要等到2020年。

 

　　固態電池：更輕便，更安全

 

　　傳統鋰電池采用液態電解質，而固態電池原理相同，只是將電解質換成固態——通常是金屬混合物。這樣設計的好處是讓更多帶電離子聚集在一起，傳導更多的電流，同時有效減少電池體積和重量，安全性更出色。因為液態電解質在高溫下會發生副反應，容易產生爆炸，而固態電池就不會有這問題。

 

　　雖然固態電池全方面改良了鋰電池，但特斯拉CEO馬斯克并不看好它，因為它生產成本實在太高，短期內難以下降。正因如此，許多資金匱乏的新創公司或者破產，或者被收購。目前最接近量產的Sakti3固態電池就已經被戴森公司接手，戴森最近宣布投資14億美元來建立電池廠，這場豪賭能否讓固態電池盡快普及?仍有待觀察。

 

　　半固態鋰液流電池：生產成本更低

 

　　在此領域最領先的莫過于蔣業明教授開創的24M公司，半固態鋰液流電池可以說是對液流電池的改進，它的電極由鋰化合物粒子和電解液混合而成，電極厚度比傳統鋰電池增加5倍，既提升了能量密度，又減少80%的“非活性”材料，從而降低了材料成本。

 

　　同時這種設計還免去了干燥這道工序，意味著可以撤掉不必要的生產線，生產時間也得到壓縮。據推測，到2020年每千瓦時容量的成本將降到100美元以下。這項技術顛覆了傳統思路，但也意味著現有生產線和工藝不適用于它，所以24M公司仍處于摸著石頭過河的階段。

 

　　除了以上這4項技術，還有泡沫電池、鋰硫電池、石墨烯等也引起了廣泛關注，大部分都處于研發階段，還很難說哪種電池會成為下一代的主流產品。百花齊放雖是好事，但也造成了研究資金的分散。

 

　　研究機構Lux Research數據顯示，在過去八年，新創公司平均只獲得4000萬美元的總投資，換成每一年就是500萬美元，可以說是杯水車薪，要實現量產可謂荊棘滿途。而反觀實力雄厚的大公司，比如三星、LG和松下，近幾年愈發保守，更傾向于改進現有技術，缺少大刀闊斧改革技術的決心。因此，鋰電池在短期內不會被淘汰，仍將占據主流地位。