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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。
这还不是最大的问题,真正影响电动汽车使用的还是充电时间长、充电设施严重不足。正常速度下,电动汽车的动力锂电池完全充满需要4-8个小时。如果加快速度的话,可以在1-2小时内充满,但会影响到动力锂电池的性能及寿命。
已有实验证明,如果一直采用快速充电,动力锂电池的寿命会骤减至原来的三分之一,且电池性能会显著下滑,安全事故发生概率大大增加。内燃机汽车则不存在这样的问题,加油或者加气时间不超过5分钟,安全性和稳定性都能够保证,加上现在加油站非常普遍,使用非常快捷方便。更为重要的是,锂电池作为汽车动力的成本太高,已经占到电动汽车总成本的一半左右。
体系严密 牵一发而动全身
锂电池看起来结构非常简单,正极材料、负极材料、隔膜和电解液,再加上电极。事实上,别看它不起眼,锂电池材料体系非常严密,真正是牵一发而动全身。如果要动它哪怕一分一毫,假设只是一个电极换成新材料,没有长年累月的测试,谁也不敢打包票。
锂电池从上世纪七十年代问世,到九十年代由索尼实现量产,再到今天锂电池已经诞生了近半个世纪,材料体系发生了较大变化。正极材料从最初的钴酸锂发展到现在的钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂并行,可谓是进步不小。
但实际上每种正极材料从发明到实际应用再到锂电池量产,至少花费了上十年时间。每种正极材料的改变,就算不改变负极材料,其电解液的组成以及隔膜都要做出相应改变,以达到最佳匹配效果,同时还要经过长时间的安全测试,验证其安全性,最后还要经过产业化过程,这样才能步入市场。不仅如此,其还需要市场检验和客户认可,同样需要花费时间。这也是现在锂电池材料研究非常热火,各种新材料、新技术报道层出不穷,而锂电池本身进步缓慢,材料体系基本没有变化的根本原因。
相比较而言,在不动锂电池材料体系的情况下,在制造工艺以及电池管理技术上改进就容易得多。软包电池的出现以及锂电池容量不断提升就是制造工艺技术不断进步的结果。
同时,为了满足可穿戴设备等新产品的需求,松下开发出直径为3.5mm、长度为1cm的针型锂电池,三星则推出了直径3.6mm、长约20mm的超小型Pin电池。随着智能手机柔性化趋势凸显,各种柔性、可弯曲锂电池产品相继问世。在电池管理技术方面,特斯拉是其中的典范,其先进的电池管理技术,创造性将超过6000个圆柱型锂电池单体通过串并联方式成组,成功降低了电池成本,提高了储能效率,为特斯拉引领电动汽车变革奠定了基础。
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