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未来格局:负极材料或制霸新一代锂电池
钛酸锂电池
首先是最近火热的钛酸锂电池,这位说起来与前面介绍的两位“大哥”略有不同,因为钛酸锂电池的技术在于负极材料,是将石墨更换为新型高比表面积的纳米级钛酸锂负极材料,可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成锂离子二次电池。这样的组合能够充电更快(6c至10c),安全性更高,工作环境适用温度范围为-40至60摄氏度,并且钛酸锂负极的无SEI膜结构使得避免了电池过热导致的起火;低温充电寿命更长,钛酸锂晶状结构比石墨层状结构更稳定,锂离子嵌入与脱嵌不会造成材料变形,大大提高了电池的循环寿命(100%充放>25000次)。
相比于老大哥“磷酸铁锂”,优势在于:一是充电速度快,钛酸锂电池能够10分钟快速充电,是磷酸铁锂电池充电速度的20倍以上;二是电池衰减速度慢,电池寿命长。钛酸锂电池实际使用寿命为6~8年,磷酸铁锂电池仅为2~3年。可以预见:钛酸锂材料在2-3年后,有可能会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车领域。
锂硫电池
在对能量密度需求大幅增加的背景下,锂离子电池家族中的锂硫电池渐露头角,而且也是在阴极材料上取得突破。2014年6月份,美国的研究人员研制出了一种廉价、高功率的锂硫电池。这种锂硫电池的工作原理类似锂电池,但是利用硫来代替了重金属。由于硫具有比金属更多的氧化能力而且借助于硫的特性,锂硫电池具有同质量锂电池四到五倍的能量储存能力。而锂硫电池之所以备受众人期待,不仅仅是其强大的能力密度,更重要的是硫作为一种工业原料,相比于钛、钴、镍这些重金属,有着相当便宜的价格,在未来的工业化进程中,很有潜力。
目前,牛津大学的OXIS能源生产的锂硫电池理论上能够达到300Whr以上,而一般的锂电池只能达到140Whr左右。不过有得必有失,有一个先天弱点不容忽视:锂硫电池的电极会逐渐溶解到电解液中,并且锂电池充放电循环过程中部分金属锂会沉积,形成长长的细丝“枝晶”,这会引起电池短路,造成安全隐患。而生产锂硫电池的OXIS能源也不负众望,开发出一种新发现的单原子厚度的锂化石墨烯来尝试解决这个问题。
观点:众位选手比拼到现在,其实仍然没有谁能真正代替谁,甚至都没有谁能完全满足新能源汽车动力电池的技术要求。前不久,铝离子电池登台,锂电池遭遇到强劲的对手,而潜在的空气电池或燃料电池等,都拥有很多锂电池无法企及的优点,非议众多的石墨烯电池也有可能脱颖而出。目前,多项新型电池技术已在实验室中诞生,并朝产业化逼近,而动力电池的未来,充满无限可能。
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