大到電動汽車，小到智能手表……鋰離子電池已經(jīng)開始進(jìn)入生活的方方面面。這些產(chǎn)品若想在功能上進(jìn)一步提升，絕大多數(shù)依賴于其中的鋰離子電池，確切地說是鋰離子電池的續(xù)航時間和電池壽命。
材料為王 延長續(xù)航時間
解決鋰離子電池續(xù)航時間問題，還要從材料入手。主流汽車動力鋰電池正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料。盡管磷酸鐵鋰技術(shù)較為成熟，且價格低廉，但與三元材料相比，其在續(xù)航里程上的弱勢，已經(jīng)讓磷酸鐵鋰顯現(xiàn)出被將逐步被三元材料替代的窘境。甚至一些傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池企業(yè)，也已經(jīng)開始生產(chǎn)”類“三元材料電池。可見電池行業(yè)絕對稱得上“材料為王”。
說到“材料為王”，一些新材料在鋰離子電池上的應(yīng)用，正讓鋰電迎來一個又一個轉(zhuǎn)機(jī)。將石墨烯應(yīng)用于純電動汽車動力電池中，可使動力電池容量大大提升。特斯拉CEO馬斯克曾表示，采用了高性能石墨烯電池的特斯拉Roadster升級版，續(xù)航里程可達(dá)到644公里，高出原版本60%。
而一些新奇材料的應(yīng)用，或許會令鋰電池“煥發(fā)新生”。有研究人員將蜘蛛絲加工成15到30納米左右厚的可滲透氮分子膜，這種膜導(dǎo)電性更強(qiáng)，并且可創(chuàng)造更多空間來接納鋰離子。在這種新材料中，鋰的存量可以超過石墨中鋰含量的5倍，并且這款新電池非常穩(wěn)定，在經(jīng)歷10000個充電放電周期后，僅僅只有9%的電池?fù)p耗。還有科學(xué)家把目光投向了蠶絲，他們使用一種源自蠶絲的材料，采用“綠色的”方式增強(qiáng)電池的續(xù)航性能。
增加壽命 新技術(shù)拯救世界
眾所周知，鋰離子電池會隨著每次充電而出現(xiàn)性能損耗，美國儲能研究聯(lián)合中心的研究顯示，傳統(tǒng)鋰電池在使用一段時間后會產(chǎn)生鋰金屬沉積，從而影響鋰電池陽極，降低電池容量并導(dǎo)致膨脹、爆炸的風(fēng)險，這便是為什么鋰電池?zé)o法長久使用的主要原因。
在圖中，鋰（圖中黑色細(xì)毛狀物體）在每個放電周期后都會暫時沉積上電極上，但不會完全溶解。如此一來，多次重復(fù)后每次可以利用的鋰就會越來越少，亦即為電量降低。
曾有多個調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，消費者目前最迫切需要的手機(jī)功能提升，是電池壽命。在這種情況下，新的電池技術(shù)自然也成為討論熱點。而針對鋰沉積進(jìn)行改進(jìn)，也成為一部分新型電池技術(shù)的主要方向。
美國加州大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)正在針對鋰硫電池方向進(jìn)行探索。他們在研究過程中發(fā)現(xiàn)，使用鋰硫替代傳統(tǒng)鋰聚合物，不僅能夠獲得更高的充電能力，同時減少鋰金屬沉積物產(chǎn)生，增強(qiáng)穩(wěn)定性。設(shè)計上，是在硫化物上添加一層薄薄的二氧化硅（玻璃），使硫與電解質(zhì)分離并能輕易通過電極之間。目前很多類似的研究正在進(jìn)行中，距離實際應(yīng)用階段越來越近。
鋰金屬陽極技術(shù)則是另一種可行的方案，其本質(zhì)在于縮減鋰電池體積，以便智能手機(jī)在保持輕薄設(shè)計的同時，配備更大容量的電池。主推這項技術(shù)的公司名為SolidEnergy，其“anodeless”電池產(chǎn)品已經(jīng)在體積上獲得突破，SolidEnergy產(chǎn)品要比市面上主流手機(jī)所采用的鋰電池小很多。另外，SolidEnergy還宣稱，其電池密度相比石墨陽極性能高出50%。
