中電微博：2014年度鋰電池十大前沿技術(shù)大觀
今年新能源汽車概念大熱，新能源汽車的發(fā)展呈爆發(fā)態(tài)勢;另外，消費(fèi)電子領(lǐng)域軟、硬件技術(shù)進(jìn)步卻乏善可陳，行業(yè)競爭明年或?qū)㈤_始轉(zhuǎn)向電池續(xù)航的比拼上來。新能源汽車、消費(fèi)電子兩者都期待鋰電池有革命性的改變，以此提升相應(yīng)產(chǎn)品的續(xù)航能力。因此，2014年鋰電池技術(shù)受終端市場催熱進(jìn)步不斷，你都知道哪些呢?下面小編為大家盤點(diǎn)2014年度鋰電池十大前沿技術(shù)，回顧今年鋰電池行業(yè)取得的新技術(shù)成果。
1.特斯拉充電新解?新加坡發(fā)明新型快速充電電池壽命20年
10月14日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，南洋理工大學(xué)的研究人員最近發(fā)明了一種新型的快速充電電池，使用壽命長達(dá)20年。
如今支持快速充電的電池在我們的生活中扮演著越來越重要的角色，在方便快捷的為各種設(shè)備提供能量的同時(shí)，其使用壽命卻常常成為被人們詬病的一個(gè)短板：“什么總是要換電池?”對這一問題南洋理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型的鋰電池，這種電池可以在2分鐘之內(nèi)充電至最大容量的70%，并且可以服役長達(dá)20年，數(shù)倍于現(xiàn)在各種設(shè)備中的充電電池壽命。這種電池的創(chuàng)新在于使用二氧化鈦納米管而不是傳統(tǒng)的石墨材料作為電池的陰極，兩種材料都可以加速電池中的化學(xué)反應(yīng)提供電能，不同的是前者可以反復(fù)使用1000次而后者的壽命只有500次。
這種新型電池尚沒有投入大規(guī)模生產(chǎn)和走向市場的明確時(shí)間表，但它所使用的鈦納米管是一種易于加工的且成本相對較低的原料，所以前景十分光明。顯而易見這種新型電池的推廣將極大的改變整個(gè)科技產(chǎn)業(yè)界。拋開一些天馬行空的創(chuàng)意不談，即使從最基本的層面來看，它也將延長很多設(shè)備的服役時(shí)間，特別是那些不可更換電池的設(shè)備，現(xiàn)在用戶常常不得不因?yàn)闊o法繼續(xù)充電而不是其他功能的損壞而放棄他們，今后這樣的事情也許永遠(yuǎn)不會再發(fā)生。而這種電池最深遠(yuǎn)的影響也許將會在汽車產(chǎn)業(yè)，想象一下你可以用幾分鐘而不是幾個(gè)小時(shí)給一輛特斯拉充滿電，而且可以一直開到車被淘汰都不需要更換電池的情景。
點(diǎn)評：新納米材料替代傳統(tǒng)材料，在很多很多領(lǐng)域已收到意想不到的效果。同樣以二氧化鈦納米管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨材料作為電池的陰極，帶來的是鋰電池性能的躍升，涉及了目前最受關(guān)注的兩方面：快速充電和超長壽命。而這兩個(gè)方面曾被業(yè)界認(rèn)為是不可調(diào)和的矛盾，快充會導(dǎo)致電池壽命的降低，而要延長電池壽命就不能使用快充。而南洋理工大學(xué)研究人員發(fā)明的以二氧化鈦納米管為負(fù)極材料的新型的快速充電電池，使用壽命長達(dá)20年。這無疑為鋰電池業(yè)界帶來了好消息，無論是用在消費(fèi)電子領(lǐng)域還是電動汽車、儲能這種新型電池將改變相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用推廣遲緩的現(xiàn)狀。就拿電動汽車目前特斯拉的電池質(zhì)保8年，如果這種新型電池得到應(yīng)用的話，特斯拉恐怕要把電池的質(zhì)保修改到和整車一樣的年限了;另一個(gè)令人興奮的是快速充電狀態(tài)下保持20年的壽命，這解放了哪些每次快速充電都提心吊膽的車主們，新型電池的大規(guī)模應(yīng)用值得期待!
2.智能鋰電池會說話電池起火不再怕
如果有一天，你的智能設(shè)備推送了一條緊急消息提示你："主人注意，電池有爆炸危險(xiǎn)!"這也許能減少不少鋰電池爆炸所產(chǎn)生的危害。
斯坦福大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功研制出了一種智能鋰電池，它可以監(jiān)測自身內(nèi)部是否短路，從而趕在電池過熱爆裂起火前，通過智能設(shè)備向主人發(fā)出警告。
這項(xiàng)新技術(shù)可能造福于全世界數(shù)以億計(jì)的設(shè)備，包括手機(jī)、個(gè)人電腦和其他種種電子產(chǎn)品，甚至正在發(fā)展中的汽車與航空鋰電池。
研究論文于今年10月發(fā)表在《自然》上。論文通訊作者、斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授崔屹(YiCui)表示："我們的目標(biāo)是創(chuàng)立一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，它能夠拯救生命，保障財(cái)產(chǎn)安全。這項(xiàng)技術(shù)可以檢測到電池正常使用過程中可能遇到的問題，但并不適用于意外碰撞或者其他的事故損壞。"
點(diǎn)評：鋰電池在未來幾年將會得到超大規(guī)模的應(yīng)用，這已毋庸置疑，然而鋰電池爆炸起火問題近年來愈演愈烈，這個(gè)問題日益凸顯。崔屹教授發(fā)明的智能鋰電池提前預(yù)警爆炸危險(xiǎn)，很多情況下可以有效地避免因電池起火爆炸引起的事故，這將造福很多人。用在手機(jī)及汽車上的鋰電池如果可以這樣智能的話，很大程度上解決了用戶的顧慮，這為鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用提供了更安全的方案。
3.石墨烯3D實(shí)驗(yàn)室成功打印出3D打印電池
日前，石墨烯(Graphene)3D實(shí)驗(yàn)室對外宣布其利用3D打印技術(shù)成功打印出3D打印電池，該電池作為結(jié)構(gòu)性多功能電池，其有著巨大的應(yīng)用潛能。其中，Graphene3D實(shí)驗(yàn)室是一家集研發(fā)、生產(chǎn)以及銷售于一體的3D打印公司，其產(chǎn)品主要采用的是Graphene自主研發(fā)的納米復(fù)合材料，同時(shí)其產(chǎn)品種類也非常豐富。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室所采用的3D打印技術(shù)主要包括熔絲制造技術(shù)，通過利用該技術(shù)其成功研發(fā)打印出了一種石墨烯電池。
Graphene3D實(shí)驗(yàn)室通過將石墨烯納米薄片與熔絲制造的熱塑性塑料相融合，從而最終形成了具有良好導(dǎo)電性能的3D打印絲極。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室表示，目前3D打印技術(shù)一般需要對電池的不同組成部件分別進(jìn)行單獨(dú)打印，例如電池所采用的陰極、陽極以及電解質(zhì)等均需要單獨(dú)打印。而一臺可以進(jìn)行多種材料同時(shí)打印的3D打印機(jī)可以大大簡化電池的3D打印過程，在一次打印過程中就可以完成整個(gè)電池的打印工作。
以上多功能結(jié)構(gòu)電池一經(jīng)推出便吸引了大量研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，其中就包括沃爾沃汽車公司、美國高級研究計(jì)劃局-能源部等。同時(shí)，美國高級研究計(jì)劃局-能源部還耗資875萬美元分別獎勵了4個(gè)相關(guān)的3D打印研究項(xiàng)目。此外，以上多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲方案。該多功能結(jié)構(gòu)電池研發(fā)項(xiàng)目被稱之為"RANGE"項(xiàng)目。Graphene3D實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)就以上3D打印電池所涉及到的新材料創(chuàng)新和新方法向美國專利局和商標(biāo)局提交了臨時(shí)的專利申請。
點(diǎn)評：3D打印+石墨烯=新型電池，這個(gè)方程式包括了如今最受熱捧的兩個(gè)概念，即3D打印和石墨烯。陰極、陽極以及電解質(zhì)多種材料同時(shí)打印，很好的壓縮了整個(gè)工序，再加上石墨烯超級材料的特性，提高電池能量密度的同時(shí)有利于大規(guī)模生產(chǎn)，給電動汽車產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的希望。3D打印石墨烯電池?zé)o疑是2014年鋰電池業(yè)界最耀眼的技術(shù)進(jìn)步。
4.石墨烯+硅材料鋰電池充電速度快16倍
加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員開發(fā)出了一種新架構(gòu)的硅陽極，應(yīng)用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設(shè)計(jì)構(gòu)建于3D結(jié)構(gòu)的錐形碳納米管材料之上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。
由于鋰電池被廣泛應(yīng)用，人們也對之進(jìn)行大量的研究改善它們的性能。尋找"完美"的電極材料的研究從未停止過。在商用領(lǐng)域目前的陽極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而如果用碳納米管制成陽極，可以使性能翻三倍左右，達(dá)到1000mAh/g比容量。而更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，硅是更好的電池陽極材料。因?yàn)樗邆?200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅陽極并不能在現(xiàn)有的鋰電池結(jié)構(gòu)內(nèi)正常工作。由于硅和鋰會在電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，它會膨脹到4倍正常的大小。
現(xiàn)在，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的架構(gòu)來將硅應(yīng)用在鋰電池的陽極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時(shí)能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構(gòu)建了一層石墨烯薄片，并在此基礎(chǔ)上使用柱狀碳納米管構(gòu)建了柱狀的納米結(jié)構(gòu)。最后他們使用溫和的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結(jié)構(gòu)，最后他們將非晶硅沉積在上面。
應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的陽極的鋰離子電池在快速充放電循環(huán)中也表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，陽極能達(dá)到1954mAh/g(是傳統(tǒng)陽極的五倍性能)。在230次充放電循環(huán)后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術(shù)如果能夠批量生產(chǎn)，相信對智能手機(jī)和電動汽車行業(yè)的影響都十分巨大。
點(diǎn)評：提高電池的能量密度，實(shí)現(xiàn)閃充始終是鋰電池研究的熱門，相比于3D打印石墨烯電池來說，這種石墨烯加硅材料的電池還是處于研發(fā)階段，不過還是從其優(yōu)越的性能表現(xiàn)可以看出該技術(shù)的廣闊的應(yīng)用前景，充電速度快16倍、性能提升10倍以上，這真是值得令人尖叫的技術(shù)，拭目以待該技術(shù)的商用。這項(xiàng)技術(shù)算是在電極材料方面取得的最新進(jìn)展，那么眾所周知鋰電池電解液也是電池的重要組成部分，這方面今年有什么新進(jìn)展呢?
5.日本東京大學(xué)開發(fā)出了新一代鋰離子電池極“電解液”
據(jù)日本媒體報(bào)道，以東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授山田淳夫與助教山田裕貴為核心組成的研發(fā)小組，發(fā)現(xiàn)了鋰離子電池可實(shí)現(xiàn)多種電解液的設(shè)計(jì)新方向。該研發(fā)小組開發(fā)出了極"濃電解液"，決定充電速度的Li+濃度達(dá)到以往電解液的4倍以上。該研究顛覆了"電解液溶劑只能使用碳酸乙烯酯(EC)"這一鋰離子電池誕生20多年來，技術(shù)人員一直深信不疑的定論。
據(jù)報(bào)道，東京大學(xué)開發(fā)的高濃度電解液具備所有溶劑都與Li+進(jìn)行配位的特殊構(gòu)造。另外，Li+與陰離子連續(xù)結(jié)合的特點(diǎn)也不同于以碳酸乙烯酯(EC)為溶劑的普通低濃度電解液。普通電解液的Li+濃度為1mol/L左右，此時(shí)離子導(dǎo)電度最大。這種濃度必需使用EC溶劑。如果使用EC以外的溶劑，電極會嚴(yán)重劣化。因?yàn)閷τ谑葘訝钬?fù)極，溶劑是在被Li+溶劑化的情況下進(jìn)入(共合體)層間，電解液會繼續(xù)發(fā)生還原分解。基于這種定論，Li+的高濃度化以及EC以外的溶劑的探討變成了電池研究人員之間的盲點(diǎn)。
山田等人的研發(fā)小組著眼于這一盲點(diǎn)，向此前基本沒考慮過的電解液高濃度化發(fā)起了挑戰(zhàn)。高濃度電解液的離子載體密度非常高，有助于提高界面反應(yīng)頻率，因此可實(shí)現(xiàn)時(shí)間不到以往1/3的快速充電。而且，選擇的鹽和溶劑的不同組合，還能表現(xiàn)出不同的特性。在對各種溶劑進(jìn)行調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，除了通過提高濃度抑制共合體之外，很多溶劑還觀測到了還原穩(wěn)定化。無需使用之前必不可少的EC溶劑，在以前屬于實(shí)用電解液討論范圍之外的乙醚系、亞砜系、砜系、腈系等多種有機(jī)溶劑中均發(fā)現(xiàn)石墨負(fù)極和鋰金屬負(fù)極會可逆動作。
點(diǎn)評：相比于上節(jié)電極材料方面的飛躍式的進(jìn)展，東京大學(xué)的極"濃電解液"表現(xiàn)稍微遜色，不過打破了鋰離子電池誕生以來技術(shù)人員深信不疑的定論，從這一點(diǎn)上來說，入選今年鋰電池十大技術(shù)進(jìn)步就當(dāng)之無愧了。大家要知道，找到合適的電極算是構(gòu)建了供鋰離子來回穿梭的樓層，而這種極濃電解液就是那個(gè)保證更多的鋰離子們暢游無阻的船只。東京大學(xué)開發(fā)的高濃度電解液什么時(shí)候能走出實(shí)驗(yàn)室還是有待觀察的，不過技術(shù)的進(jìn)展總還是能給人帶來鼓舞的。電極呀，電解液都是老生常談的話題了，而在這些慢慢變老的話題里，竟然還有新發(fā)現(xiàn)。
6.麻省理工宣布磷酸鐵鋰電池內(nèi)部有新發(fā)現(xiàn)
美國麻省理工學(xué)院的研究人員最近宣布對長循環(huán)壽命和高功率磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池有了新的發(fā)現(xiàn)。
麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員發(fā)現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池電極內(nèi)部在充電過程中，固溶體區(qū)(SSZ)是在富鋰和貧鋰之間的邊界形成的，這一區(qū)域充電活動更集中，因?yàn)殇囯x子從電極中被釋放出來。
這一發(fā)現(xiàn)將幫助研究人員和制造商制造性能更好的電池，因?yàn)橛纱丝梢愿玫乩斫怆姌O材料動態(tài)過程并進(jìn)一步優(yōu)化。
磷酸鐵鋰(LFP)電極充電或放電過程圖。由于鋰離子在充電過程中被分離，形成一個(gè)貧鋰磷酸鐵(FP)區(qū)域，但在兩者之間有一個(gè)固溶體區(qū)域(SSZ，暗藍(lán)綠色)，這一區(qū)域包含有一些隨機(jī)分布的鋰原子，不同于鋰原子的原始結(jié)晶材料(淡藍(lán)色)中的有序數(shù)組。
上述發(fā)現(xiàn)有助于解決有關(guān)磷酸鐵鋰電池的一個(gè)長期難題：在大塊晶體形式下，磷酸鐵鋰和磷酸鐵(FePO4是充電過程分離出來的)的離子導(dǎo)電性較差。然而，當(dāng)進(jìn)行摻雜和碳包覆優(yōu)化，并在電池中使用納米顆粒后，這種材料表現(xiàn)出非常高的充電速率。
固溶體區(qū)類似一個(gè)"亞"狀態(tài)，在室溫下能夠至少持續(xù)幾分鐘，取代LiFePO4和的FePO4之間的明銳界面，明銳界面已被證明含有許多額外線缺陷，被稱為"錯(cuò)位"，固溶體區(qū)就像一個(gè)緩沖區(qū)，減少"錯(cuò)位"數(shù)量，阻止其伴隨電化學(xué)反應(yīng)向前方移動。
點(diǎn)評：今年隨著新能源汽車的起飛，三元材料、磷酸鐵鋰電池也被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的，圍繞這些技術(shù)路線展開的紛爭不斷，但是卻鮮有新意，大多還是停留在前幾年的技術(shù)進(jìn)展里討論。關(guān)注磷酸鐵鋰電池的朋友或許知道磷酸鐵鋰電池的導(dǎo)電性不好、電阻大等屢被三元材料的擁躉者嘲笑，不過MIT的研究人員新的發(fā)現(xiàn)有望解決這一難題，以此來提高磷酸鐵鋰和磷酸鐵離子導(dǎo)電性，進(jìn)而提高充電速率。充電速率提高了，相應(yīng)的電池壽命會降低的更快，這已被業(yè)界看成難以調(diào)和的矛盾，不過就在今年夏普稱研發(fā)出壽命可達(dá)70年的鋰電池，小伙伴們你們驚呆了嗎?
7.夏普研發(fā)超耐用鋰電池壽命可達(dá)70年
夏普(Sharp)已攜手京都大學(xué)田中功教授等人研發(fā)出一款使用壽命超長的鋰離子電池產(chǎn)品，并已成功做出邊長為8cm的試作品。據(jù)報(bào)導(dǎo)，以1天充放電1次計(jì)算，現(xiàn)行鋰離子電池使用壽命最長為10年(可充放電約3,600次)，而夏普所研發(fā)的鋰離子電池已確定可擁有高達(dá)1萬次的充放電性能，且透過實(shí)驗(yàn)得知，其充放電次數(shù)最高可達(dá)25,000次、使用壽命高達(dá)70年。
報(bào)導(dǎo)指出，夏普計(jì)劃將上述新研發(fā)的鋰離子電池充作風(fēng)力、太陽能發(fā)電的大型蓄電池使用，且因其擁有超耐用性能，故即便太陽能電池面板或風(fēng)力發(fā)電機(jī)老朽，蓄電池也可持續(xù)使用、無須更換，而降低蓄電池更換次數(shù)，也可降低發(fā)電成本。
夏普已將上述研發(fā)成果發(fā)布于英國科學(xué)雜志"NatureCommunications"的電子版上。
點(diǎn)評：當(dāng)下的鋰離子電池壽命可以達(dá)10年之久，一般用在汽車上的動力電池廠家稱能壽命達(dá)8年左右，這很難消除用戶的顧慮，因?yàn)槠囅M(fèi)者經(jīng)常拿燃油汽缸的長久壽命和它比較，即便是用在要求較低一點(diǎn)儲能設(shè)備中鋰電池的壽命也僅10年左右，這次夏普將可以幫著鋰電池翻下身了，夏普研發(fā)的電池有一萬次充放電的超級性能，使用壽命長達(dá)7年，這樣的電池若是大規(guī)模商用的話，很有可能降低電池成本，因?yàn)殚L壽命分?jǐn)傁聛淼脑捪喈?dāng)于目前的7倍，那就是意味更換一次這種電池，需要更換7次左右的現(xiàn)在普遍使用的鋰電池。這僅僅想想也是醉了，期待夏普的這種長壽命盡快商用，解決鋰電池高居不下的成本問題。電池成本若是很好的得到解決，電動汽車將會飛起來，但是就今年來說，你要是還是只知道到鋰電池那你就OUT了，下面讓我們來看看，號稱電動汽車"革命的種子"的石墨烯電池，據(jù)說明年要量產(chǎn)了呢!
8.西班牙石墨烯電池明年將投產(chǎn)8分鐘將電動汽車充滿電
據(jù)西班牙《世界報(bào)》網(wǎng)站12月4日消息，讓生產(chǎn)廠家放棄生產(chǎn)電動交通工具的主要原因就是電池電量的問題。該行業(yè)要求增加電池的效力和持續(xù)時(shí)間，以減少充電時(shí)間。這個(gè)令人頭痛的問題馬上就能得到解決。西班牙Graphenano公司(一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司)同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。明年該公司將將其投入生產(chǎn)。四大德國汽車生產(chǎn)公司中的兩家(現(xiàn)在還不能透明公司名稱)將在這個(gè)月用此電池與電動汽車進(jìn)行試驗(yàn)。
2004年，石墨烯在曼徹斯特大學(xué)唄安德烈?海姆博士和康斯坦丁?諾沃肖洛夫博士兩人共同發(fā)現(xiàn)，這種物質(zhì)有著驚人的性能，它很薄，是超導(dǎo)體，透明度高，并且非常堅(jiān)硬。雖然這些年人們一直認(rèn)為這種材料將在電池領(lǐng)域帶來重大變革，但事實(shí)上將它大量投入生產(chǎn)非常困難。然而，在2012年Graphenano公司成為世界上第一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司。從那時(shí)起，這家公司主要從事于加快應(yīng)用這種被稱為"上帝的材料"的研究。終于用它做出了電池。
這項(xiàng)新技術(shù)是將石墨烯做成聚合物。其優(yōu)勢在于它的能量密度、持續(xù)時(shí)間、充電速度、重量和價(jià)格。該公司的副總裁強(qiáng)調(diào)："它對于航空業(yè)、汽車業(yè)、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)都意味著一個(gè)跨越性的發(fā)現(xiàn)，它能大大增加產(chǎn)業(yè)效率，并且能將之前的一些想象變成可能。"
這個(gè)新產(chǎn)品，有著遠(yuǎn)超市場上其他產(chǎn)品的卓越性能。一個(gè)鋰電池(以最先進(jìn)的為準(zhǔn))的比能量數(shù)值為180wh/kg,而一個(gè)石墨烯電池的比能量則超過600wh/kg。也就是說，它的儲電量是目前市場上最好的產(chǎn)品的三倍。
這種電池的壽命也很長，它的使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍。用它來提供電力的電動車最多能行駛1000千米。而將它充滿電只需要不到八分鐘的時(shí)間。
石墨烯的特性也使得電池的重量可以減少為傳統(tǒng)電池的一半。這樣可以提高裝載該電池的機(jī)器的效率。科爾多瓦大學(xué)正在研究如何減小電池體積來使得電池外觀更完美。由于石墨烯的密度過大，目前只能應(yīng)用于電動交通工具(包括汽車和船只等)。這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)希望在未來能減小它的體積使得能將其應(yīng)用到電子設(shè)備當(dāng)中，比如手機(jī)。
成本低是石墨烯的另一個(gè)優(yōu)勢。生產(chǎn)這種電池的公司表示，它的成本將比鋰電池低77%。是消費(fèi)者們能夠承擔(dān)的價(jià)格。因此，它將能被用于一些現(xiàn)有的設(shè)備和交通工具中，避免了和基礎(chǔ)設(shè)施不適配的問題。
科爾多瓦大學(xué)已經(jīng)成功制造了這種電池的原型。有望能在2015年的第一季度將此類電池在西班牙推廣使用。并且先前提到的德國兩大汽車公司將在汽車上采用該技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)并加快實(shí)施這項(xiàng)工作。
點(diǎn)評：8分鐘充滿一輛電動車，續(xù)航1000公里，這不是天方夜譚，而是西班牙《世界報(bào)》網(wǎng)站上言之鑿鑿的字句，而且還是說明年將量產(chǎn)呢，這些就是來自于被稱作"上帝材料"的石墨烯，今年石墨烯在電池電池業(yè)界掀起了不小的浪潮，不過相比于誘人的實(shí)驗(yàn)室假設(shè)，還是希望石墨烯電池能盡快商用，一掃電動汽車推而不廣的尷尬局面。在關(guān)注鋰電池革命性進(jìn)展的同時(shí)，不要把最重要的鋰電池的安全性這點(diǎn)忘掉。金屬鋰枝晶抑制研究就是在鋰電池安全性方面取得進(jìn)展的技術(shù)突破。
9.金屬鋰枝晶抑制研究獲新進(jìn)展
12月4日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理系青年教師張耀輝副教授以第一作者身份在國際著名學(xué)術(shù)期刊《納米快報(bào)》，2013年度影響因子為12.94，5年影響因子為14.45)在線發(fā)表了題為《具有自取向納米結(jié)構(gòu)的無枝晶金屬鋰的電沉積》的科研論文，哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系為第二署名單位。
金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mAh/g)、最負(fù)的還原電位(-3.04V，相對于氫標(biāo)電位)和極小的密度(0.59g/cm3)，長期以來一直被視為一種極具競爭力的高容量二次電池負(fù)極材料。近來，隨著全球化石類能源的日漸短缺，開發(fā)以金屬鋰為負(fù)極的高容量二次電池重新成為國際研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問題。然而，在電池充電過程中極易形成金屬鋰枝晶，造成電極循環(huán)的庫侖效率下降，甚至出現(xiàn)內(nèi)部短路，電池?zé)崾Щ虬l(fā)生爆炸。四十多年來，金屬鋰電極的枝晶抑制一直沒有得到有效解決。張耀輝在這篇論文中，成功地在液態(tài)電解液中實(shí)現(xiàn)了無枝晶光亮金屬鋰電極的電沉積，解決了這一難題;此外，該文還首次發(fā)現(xiàn)液態(tài)電解液體系中電沉積的金屬鋰電極實(shí)際上具有緊湊型納米棒結(jié)構(gòu)，此結(jié)果與之前人們認(rèn)為無枝晶的金屬鋰應(yīng)為致密結(jié)構(gòu)的預(yù)測不同。該結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有助于正確理解金屬鋰電極的沉積/溶解機(jī)理，進(jìn)而促進(jìn)金屬鋰枝晶抑制這一研究方向的深入。通訊評議審稿人認(rèn)為：“該文中呈現(xiàn)的金屬鋰電極的均勻性及光滑程度非常高，該文報(bào)道了一個(gè)重要的研究成果。”
點(diǎn)評：電池的廣泛應(yīng)用，安全問題將會變得日益嚴(yán)重，鋰電池內(nèi)部短路引起著火爆炸的問題也越來越多，該項(xiàng)研究解決了四十多年來，金屬鋰電極的枝晶抑制的問題。這也為進(jìn)一步解決鋰電池的安全為題打開了思路，隨著研究的深入，或許會有更多的特性被發(fā)現(xiàn)，這將有益于我們更安全的利用鋰電池。提到安全，三維電池你聽說過嗎?
10.三維微電池“秒充電”安全
如今智能手機(jī)電池電量有限，往往只夠一天上班時(shí)用。當(dāng)手機(jī)電量低充電時(shí)又需要數(shù)個(gè)小時(shí)才能充滿，而長時(shí)間充電或通話時(shí)，手里使用的鋰電池甚至有爆炸的危險(xiǎn)。
不過，隨著三維微電池技術(shù)研發(fā)的不斷突破，上述問題未來都有可能迎刃而解。
筆者從南京理工大學(xué)獲悉，該校格萊特納米科技研究所夏暉課題組取得了國內(nèi)在三維納米電極的制備方法上的最新突破，中國超級微電池研發(fā)有了自己的技術(shù)儲備。
據(jù)筆者了解，該研究成果論文已發(fā)表在Nature系列雜志《NPGAsiaMaterials》(《自然-亞洲材料》)上。
課題負(fù)責(zé)人夏暉副教授告訴筆者，三維微電池是指擁有三維納米結(jié)構(gòu)的新式薄膜微電池。和普通的鋰電池相比，二者在結(jié)構(gòu)上相同，都是由正負(fù)極和電解質(zhì)構(gòu)成，最大的差異是在于材料。
區(qū)別于普通的鋰離子電池，微電池是以薄膜形式依次沉積，整個(gè)電池的厚度只有10-20微米，能設(shè)計(jì)成任意形狀和大小集成在IC卡電路中，可快速充電并且能循環(huán)充放電達(dá)上萬次。
因?yàn)椴捎昧斯虘B(tài)電解質(zhì)，三維薄膜微電池完全避免了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)將電池使用溫度從現(xiàn)有的50提高到100以上。
“和電子元件在技術(shù)提升下尺寸越來越小相比，現(xiàn)在使用的電池技術(shù)沒有跟上這場賽跑，三維納米微電池將能改變這一切。”
在夏暉看來，當(dāng)前人們在使用電池時(shí)仍要在功率和電量間做選擇，像手機(jī)采用的電池容量比較大，功率密度低，充放電速度慢，而超級電容器是功率密度大，但容量小，能量密度低，充放電速度快。
如何兼具高能量密度和高功率密度一直是電池界要解決的難題。而夏暉課題組則兼顧了上述"兩難"，也就是，在單位面積比能量密度增加的同時(shí)，同樣能實(shí)現(xiàn)快速充放電。
據(jù)了解，自20世紀(jì)90年代后歐美國家的薄膜微電池研發(fā)已取得了階段性成果，如今實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模批量生產(chǎn)，在超級智能卡(如可視銀行卡)、電子標(biāo)簽、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、植入型醫(yī)療裝置、微型傳感器以及微型國防技術(shù)裝備上應(yīng)用前景廣闊。
據(jù)市場研究公司NanoMarkets發(fā)表的研究報(bào)告預(yù)測，2015年全球微電池市場價(jià)值將超過53億美元。
另外，筆者注意到，美國伊利諾斯州大學(xué)的科學(xué)家2013年曾研制出一種超級微電池，該微電池的功率是鋰電池的1000倍，一旦完成民用研發(fā)，理論上未來一部信用卡厚度的手機(jī)所需充電時(shí)間不到1秒鐘。在未來微電池技術(shù)革新之下，人們或許不再需要擔(dān)心手機(jī)沒電了，因?yàn)?讀秒充電"將成為現(xiàn)實(shí)。
點(diǎn)評：“讀秒充電”三維微電池聽起來多像科幻片里講述的故事，然而這就發(fā)生在國內(nèi)，南京理工大學(xué)某研究所夏暉課題組取得了國內(nèi)在三維納米電極的制備方法上的最新突破，這項(xiàng)前沿技術(shù)，據(jù)說可以避免了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，若真是一旦完成民用研發(fā)，無疑為鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用解決了后顧之憂，值得期待，但愿不會讓我們等太久。
總結(jié)：以上就是小編為大家整理的2014鋰電池十大前沿技術(shù)進(jìn)展，但是掛一漏萬，還有很多前沿技術(shù)由于篇幅的原因，不能為大家一一道來。但是這些極具代表性的技術(shù)進(jìn)展希望能帶給大家以啟發(fā)，小編將和大家一起關(guān)注未來的走向，在明年繼續(xù)關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，看看這些技術(shù)能有多少走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用在生活中，2014即將結(jié)束，技術(shù)進(jìn)展不會停歇，一起期待更好的鋰電池行業(yè)的未來吧!（OFweek 鋰電網(wǎng)）
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