技术趋势：大型化锂离子电池

近日，英国《经济学家》杂志的技术季度观察栏目发表了一篇文章，介绍了近些年来锂离子电池技术的发展趋势，称锂离子电池将会越变越大，并会逐步取代其他形式的大容量电池，将其应用范围扩展到了几乎所有工业领域。从今往后，锂离子电池的应用将不仅仅局限于小型电子设备了，大型工业和可再生能源上也将频繁出现它的身影。

锂离子电池大型化

几乎所有可移动电子设备的发展都或多或少地受益于充电式锂离子电池。锂是最轻的金属，这一特性使得锂与其他金属相比，能用相同的重量保存更多电荷，从而大大提高了手机、手提电脑、照片机等电子设备的性能，同时也让电动汽车、甚至小型电动飞机等大型设备的研发成为现实。然而，锂离子电池也存在固有的缺点：有些情况下，它充电时需要外部电子设备的监控，否则充电过度会使电器过热，造成损坏，甚至引发火灾；它放电太快，影响电子设备的待机时间。

尽管锂离子电池存在这样那样的缺点，但位于加拿大温哥华的Corvus能源公司仍认为，锂离子电池够稳定、够耐用，现在已经是时候制造更大型的锂电池，为拖船、起重机、帆船等超大型机器提供动力。Corvus公司对大型锂电池的兴趣特别深厚。就在不久前，公司刚刚赢得了一个定单，为一家中国火电公司度身打造一个容量2200千瓦时、个头相当于一个船运集装箱的锂离子电池，作为火电厂的备用电源。

大型锂电池的制造

相较普通的消费品而言，Corvus生产的大型锂电池更耐用，但他们的生产原理却是大同小异。电池虽大，但它的中心部分还是由一块块单独的锂电池构成的。与普通锂电池一样，应用于大型锂电池中的每块小电池都有两个电极，电极被电解质（通常为高分子聚合物组成的胶状物质）隔开。当电池充电时，锂离子将从阳极（由金属锂制成）通过电解质迁移至阴极（一般为碳）。而放电时则恰巧相反，锂离子从碳阴极游回锂阳极，这一过程会导致与电池相连的外电路产生电流，供电器使用。

大型锂电池与普通电池相比的最大不同之处在于它锂阳极生产材料的不同。尽管锂离子电池的阳极通常是由锂离子磷酸盐制成，但Corvus公司却另辟蹊径，使用锂镍锰钴（NMC）氧化物来充当阳极，原因是后者能提供的能源密度更大，因此也更适用于大型锂离子电池。公司老板佩利表示，NMC所能提供的电力比磷酸盐金属要高出22%，是一个非常不错的选择。

在单个锂离子电池准备妥当之后，Corvus便将把它们组装起来，生产出标准为6.2千瓦时的模块，这些模块能进一步组装成储电能力达数千千瓦时的超大型锂离子电池。据公司介绍，大型锂离子电池储电量的理论极限能达到4万千瓦时。举一个例子便能知道这一数字有更客观的认识：日产旗下的全新零排放纯电动汽车聆风（Leaf）使用的锂电池容量也仅为24千瓦时。如此大的锂电池足够一辆汽车全马力地跑上好一阵子了，而如果将它用到手提电脑上，估计永远都不用充电。此外，每个标准模块都会配有独有的电子管理系统，以实现其充、放电率的最优化。这样生产出来的模块可以在30分钟之内实现完全充电，而其实最快的放电速度则仅为6分钟。

大型锂电池的优越性

当然，生产如此性能的锂电池造价肯定不菲。每个Corvus公司生产的6.2千瓦时标准NMC模块的售价为9300美元。同规模的锂离子磷酸盐系统的价格则要低不少，仅为7500美元。但佩利表示，NMC模块的优越性能能够很好地弥补差价带来的损失。此外，NMC系统还能够在恶劣的环境下使用，其满功率的使用寿命更是长达20年。即使使用20年后，大型锂电池功率开始慢慢减少，不宜再用于大型机械之上，NMC系统的余生也能够充分发挥余热。例如，可以把它用作风能、太阳能等可再生能源电力的存储器。

另外，锂电池本身的优势也值得一提。很多情况下，在工业设备中使用电池驱动的电动机要比使用柴油发动机效率更高。但这并不意味着两套系统必须势不两立，二者的结合或许会带来更高效的系统。《经济学家》以海上常见的拖船为例，称拖船的柴油发动机在高达60%的启动状态下拖船都是静止不动，或者说根本没有工作的。这时柴油发动机保持启动状态完全是为了给船上其他照明、取暖等系统提供动力，因此可以说拖船上柴油机60%的燃料几乎是被白白浪费；只有10%柴油发动机的工作时间里，拖船是在全力运作，燃料得到充分利用；剩下30%的柴油机运行时间内，燃料也有或多或少的浪费。如果将拖船的引擎系统中加入锂电池系统，将会把它改造成“混合动力拖船”，在大大减少燃料使用量的同时，也减少了二氧化碳排放量，可谓一举两得。在拖船在用电高峰时，锂电池系统可以助其一臂之力。而在拖船闲置时，则可以将柴油发动机完全关闭，利用电池理为其他设备供电。这一原理跟混合动力汽车一样。只不过在超大型锂离子电池生产出来之前，这样的设想只是理论上的，但在锂离子电池大型化趋势越来越主流之后，“超大型混合动力设备”也必将更多地进入人们的视野。