《【年終盤點】2017年鋰電行業(yè)十大事件》

光陰似箭，日月如梭。2017年已臨近尾聲，在新年來臨之際，小編為大家盤點了鋰電行業(yè)十大熱門事件，詳情請查看。新能源汽車行業(yè)依舊火熱，帶動鋰電池需求持續(xù)增長。然而目前鋰電的能量密度越來越接近極限，而固態(tài)電池成了大眾視野中最適合的方向，但也存在部分研究機構(gòu)繼續(xù)堅持在液態(tài)電池上作文章;當石墨烯之類的新材料裝載上鋰電池，替換此前的正負極、電解液、隔膜時，它們的表現(xiàn)又是如何讓人驚喜?2017年，鋰電行業(yè)大大小小的技術(shù)時有公布，小編根據(jù)相關技術(shù)的影響深度，盤點了鋰電行業(yè)十大技術(shù)熱點。

一、固態(tài)電池技術(shù)

電動車和手機的下一代鋰電池將會選擇能量密度更高、安全性更好的全固態(tài)鋰離子電池。各國對固態(tài)電池的研究如火如荼。

我國為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)，“十三五”期間設立“基于材料基因組技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)”國家重點專項，該重點專項由北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授作為首席科學家牽頭組織11家單位共同承擔。

12月初，有報道稱，潘鋒教授課題組在新型固態(tài)電解質(zhì)以及高能量密度固態(tài)電池方面的研究取得重要進展，制備了新型復合固態(tài)電解質(zhì)材料。該電解質(zhì)材料具有較高的體相離子電導率，鋰離子傳輸性能極佳，與電極材料顆粒間具有良好的匹配性。由于以上特點，該新型固態(tài)電解質(zhì)與磷酸鐵鋰正極和鋰金屬負極組裝的固態(tài)電池可以達到極高的電極材料負載量(25mg cm-2)，并且在較廣的溫度區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)出良好的電化學性能。

11月中旬，有外媒報道，菲斯克(Fisker)的科研人員們?yōu)槠淙嵝猿吣芰棵芏裙虘B(tài)電池申請技術(shù)專利。菲斯克的固態(tài)電池采用了三維電極，其能量密度是鋰離子電池的3倍。據(jù)該公司宣稱，該技術(shù)使電動車的續(xù)航里程數(shù)達到500英里以上，而充電所需時間僅為1分鐘，比在加油站的加油速度還快。據(jù)菲斯克預計，該技術(shù)的在汽車領域內(nèi)的量產(chǎn)應用需要等到2023年以后。

10月底，豐田汽車公司副社長迪迪爾·勒羅伊稱要在2025年前推出能夠延長電動汽車續(xù)航里程的新一代電池“固態(tài)電池”。他還聲稱豐田公司正投入200多人進行開發(fā)。除了豐田，日立此前透露，目前已經(jīng)將固態(tài)電池的樣品送到了航空航天和汽車行業(yè)的潛在客戶。

【OFweek視角】

作為最有可能在短時間內(nèi)代替動力電池的全固態(tài)鋰電池，當前可達到的能量密度約400Wh/Kg，預估最大潛力值達900Wh/Kg。但是固態(tài)電解質(zhì)具有高的電阻，在功率密度方面還存在一些待解決的問題，需要從固態(tài)電解質(zhì)、正負極材料上著手，一旦這些問題能夠有效解決，必將在未來掀起一場新的電池革命。

二、石墨烯電池技術(shù)

三星電子11月27日宣布，該公司研究機構(gòu)三星綜合技術(shù)研究院(SAIT)開發(fā)出了石墨烯電池新技術(shù)，在提高新電池容量擴大45%的同時，充電速率進步5倍，并能延伸電池應用壽命。SAIT對外宣稱，如果現(xiàn)有鋰電池需要1小時才能全部充滿，而采用這項“石墨烯球”新技術(shù)后，便可縮短到12分鐘。此外，還可以把溫度保持在60攝氏度，新電池還有望用于電動汽車。

三星官方公布的“石墨烯球”圖

7月中旬，中科院寧波材料所研究團隊研制出基于石墨烯空氣陰極的鋁空氣電池發(fā)電系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)能量密度高達510Wh/Kg、容量20千瓦時、輸出功率1000瓦。通過實際演示顯示該電池系統(tǒng)可同時為一臺電視機、一臺電腦、一臺電風扇以及10個60瓦的照明燈泡同時供電，初步驗證了鋁空氣電池系統(tǒng)的發(fā)電供電能力。據(jù)介紹，目前以石墨烯基復合氧化物為催化劑的鋁空氣電池陰極中試生產(chǎn)實驗線已經(jīng)建成，未來可以批量生產(chǎn)上市。

2月21日，中國最早從事石墨烯技術(shù)研發(fā)的北京碳世紀科技有限公司召開石墨烯鋰離子五號充電電池烯儲霸王產(chǎn)品發(fā)布會。該款電池是中國首款石墨烯鋰離子五號充電電池，與普通5號干電池、充電電池相比，該款電池優(yōu)勢明顯，可循環(huán)使用3萬次以上，能夠在-45℃~60℃的環(huán)境下使用，這些性能都是普通電池所不能及的。最為重要的是，該款電池能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)品發(fā)布也代表了正式投入市場。

【OFweek視角】

石墨烯具有極強的導電性和耐用性，科學家正在尋找這種材料的多種應用方式，石墨烯電池就是其中的一個嘗試。石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯的特點明顯，如果用于新源汽車上，可以減少電池體積，使車身輕盈，大大提高續(xù)航里程;如果用于手機充電寶上，則可以大大提高輸出電量;而通訊基站如果采用這種電池，優(yōu)勢也很明顯，可以解決電池壽命難題。

三、新型高能電池技術(shù)

4月初，有消息報道，香港中文大學機械與自動化工程學系研發(fā)了一種高能量新型鋅碘溴液流電池，能量密度達每升101瓦時，刷新了目前水系液流電池能量密度的紀錄。研究團隊預計這種電池可在5至8年內(nèi)應用于電動汽車市場。

機械與自動化工程學系助理教授盧怡君介紹，水系液流電池是兩種電解液通過離子交換產(chǎn)生電能，具有安全、環(huán)保、系統(tǒng)設計靈活、壽命長達數(shù)十年的特點，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛢δ芟到y(tǒng)。

盧怡君表示，這種新型儲能系統(tǒng)具有能量密度高和循環(huán)性能兼?zhèn)涞奶攸c，預計在5至8年內(nèi)可應用于日益龐大的電動汽車市場。“電動汽車如果應用了這種電池，可大幅降低價格，行駛里程也更長。同時，這種電池更安全，不怕普通的碰撞，對電動汽車的安全性很有好處。”盧怡君說。

據(jù)悉，該項研究是香港中大五年研究計劃“智能化太陽能技術(shù)：采集、存儲和應用”的一部分，由30多位來自香港中文大學、香港理工大學、香港科技大學及香港大學學者共同合作，以提升太陽能發(fā)電的效能。團隊自2014年起獲香港特區(qū)政府研究資助局主題研究計劃資助6033萬港元。

【OFweek視角】

盡管目前電池研發(fā)重心都在往固態(tài)電池研究的方向轉(zhuǎn)移，但仍有部分研究團隊繼續(xù)深耕液態(tài)電池，通過對電池內(nèi)部的電解液、負極材料、隔膜等電池內(nèi)部的各種細節(jié)對電池進行改造。或許有人會認為液態(tài)電池始終比不上固態(tài)電池，但小編認為，不同電池研究都存在自身的優(yōu)缺點，或許某一類新型電池特點相對突出，但其缺點同樣明顯，而且可能在短時間內(nèi)無法克服。而相對比較成熟的電池類型，經(jīng)過了較長時間的研究，通過材料改進等方式，在攻克了技術(shù)難題后，也是塊好電池。不管黑貓白貓，抓到老鼠才是好貓。

四、 抗凍液化電池技術(shù)

在液態(tài)電池的研究之路上，香港中文大學并不孤單。美國加州圣迭戈大學選擇深耕液態(tài)電解質(zhì)的電池。

據(jù)媒體報道，加州圣迭戈大學的研究者們帶來的抗凍鋰電池，能夠讓電動車用戶在零下60°C里放心地開電動汽車了。

在傳統(tǒng)電池中，我們多數(shù)見到的是液態(tài)電解質(zhì)：它們較為安全，同時成本低廉，適合大多數(shù)情況下的使用。但是對于科學家來說，液態(tài)電解質(zhì)的研究已經(jīng)達到了極限;不少人因此把目光轉(zhuǎn)向固態(tài)電解質(zhì)。

但是，孟穎教授(Prof. Shirley Meng)和她的研究團隊卻反其道而行之，使用氟甲烷和二氟甲烷液化氣制作鋰電池和超級電容器的電解質(zhì)，將這兩種設備的工作溫度分別降低至零下60°C和零下80°C。孟教授及其研究組的論文已被發(fā)表在《Science》雜志上。

“液化氣電池”的優(yōu)點在于：新型電解質(zhì)的使用也讓電池裝配了“自動開關”，電池溫度過熱，液化氣電解質(zhì)因無法析出離子從而將這個電池“關閉”，溫度下降時才能再次“開啟”。此外，還延長了傳統(tǒng)鋰電池的壽命。研究人員表示，與傳統(tǒng)電解液反應的鋰金屬會在電極表面形成針尖狀突起，在電極上形成分隔，造成充放電次數(shù)過少;而新電解質(zhì)和鋰金屬的反應較少，并不會形成類似突起，因此延長電池壽命。

【OFweek視角】

盡管加州圣迭戈大學的研究者們帶來的抗凍鋰電池所涉及的低溫工作環(huán)境非常少見，尤其是對于電動車而言。但這些鋰電池不僅能夠讓電動汽車的使用者在極端溫度下更安心，還能夠在天空中“大展拳腳”。有消息透露，他們下一步要實現(xiàn)鋰電池在更低溫度下(零下100°C)工作的目標，為火星探測，甚至木星、土星等深空探測裝置提供全新供能技術(shù)。

五、新型鋰負極電池技術(shù)

中國科學院物理研究所李云明博士、胡勇勝研究員等利用水熱方法得到了一種硬碳微球，接著又利用棉花作為前驅(qū)體通過一步碳化法得到了一種硬碳微管，雖然硬碳具有優(yōu)異的儲鈉性能，但是其高昂成本限制了產(chǎn)業(yè)化應用。接著他們提出在軟碳前驅(qū)體瀝青中加入第二相例如硬碳前驅(qū)體，利用二者之間的相互作用得到了一種無序度較高的非晶碳材料，并且這種復合前驅(qū)體具有較高的產(chǎn)碳率(60%左右)，作為鈉離子電池的負極材料，其展現(xiàn)了高達250 mAh/g的比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

3月初，他們在鈉離子電池碳基負極材料上取得了突破，采用成本更加低廉的無煙煤作為前驅(qū)體，通過簡單的粉碎和一步碳化得到了一種具有優(yōu)異儲鈉性能的碳負極材料。裂解無煙煤得到的是一種軟碳材料，但不同于來自于瀝青的軟碳材料，在1600 °C以下仍具有較高的無序度，產(chǎn)碳率高達90%，儲鈉容量達到220 mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異。最重要的是在所有的碳基負極材料中具有最高的性價比。其應用前景也在軟包電池中得以驗證，以其作為負極和Cu基層狀氧化物作為正極制作的軟包電池的能量密度達到100 Wh/kg，在1 C 充放電倍率下容量保持率為80%，-20 ℃下放電容量為室溫的86%，循環(huán)穩(wěn)定，并通過了一系列適于鋰離子電池的安全試驗。

【OFweek視角】

從硬碳微球材料到瀝青軟碳材料，再到裂解無煙煤提取軟碳材料，從科學研究，無法商業(yè)應用，再到成本降低，在軟包電池上通過安全驗證……這里面凝聚的是我國科研人員的智慧結(jié)晶。低成本鈉離子電池的開發(fā)成功將有望率先應用于低速電動車，實現(xiàn)低速電動車的無鉛化，隨著技術(shù)的進一步成熟，將推廣到通訊基站、家庭儲能、電網(wǎng)儲能等領域。

六、 薄片式電池技術(shù)

根據(jù)報告顯示，美國司機平均每天駕駛汽車行駛30英里(48公里)，雖然電動汽車充電一次的續(xù)航相當于上述數(shù)字的3倍，不過還是有許多人不愿意購買。

這就是所謂的“里程擔憂”問題，不過一個科學家團隊試圖化解這個問題。

德國工研院移動能源存儲系統(tǒng)項目經(jīng)理沃爾特與一個團隊攜手合作，正在研究一種新電池，它可以讓電動汽車充電一次續(xù)航620英里(1000公里)。

該項目于3年前啟動，當時德國工研院與同蒂森克虜伯系統(tǒng)工程、IAV汽車工程的研究人員聚在一起，討論如何改進汽車鋰電池的能源密度。他們將目光轉(zhuǎn)向了流行的全電動汽車特斯拉，由此開始研究。

要達到讓續(xù)航里程達到1000公里，有一個辦法，那就是優(yōu)化電池材料，讓它存儲更多的能量;此外，還有另一種辦法，那就是改進系統(tǒng)的整體設計。

每一個電芯大約50%的空間被組件占據(jù)，比如外殼、正極、負極、電解質(zhì)(一種液體，讓帶電粒子移動)。如果將電芯裝進汽車需要的空間更大，因為要用線將電池與汽車的電力系統(tǒng)連接起來。這種設計浪費空間。于是科學家決定調(diào)整電池的整體設計。科學家剔除封裝單個電池的外殼，用薄片式設計取代圓柱形設計。金屬片上涂有能源存儲材料，它是用粉末陶瓷和聚合物粘合劑制造的。金屬片的一側(cè)是正級，另一側(cè)是負極。

研究人員將所謂的雙極性電極一個一個堆疊起來，如同將一張張紙疊起來一樣，電極之間用薄薄的電解液分開，里面還有一種材料防止電荷短路。然后科學家將疊起來的薄片封裝，規(guī)格約為10平方英尺(1平方米)，它的上部與下部與汽車電力系統(tǒng)連接。

研究人員的最終目標就是開發(fā)一個電池系統(tǒng)，空間大小與特斯拉汽車或者其它電動汽車的電池一樣。在相同的空間內(nèi)可以放進更多的電極，存儲更多的電能。他們的目標是在2020年之前在汽車上測試系統(tǒng)。

【OFweek視角】

特斯拉的Model S 100D安裝100千瓦時電池組，續(xù)航里程約為335英里。電池組包含了8000個鋰離子電芯，每一個都裝在圓柱外殼中。通過改進鋰電系統(tǒng)的整體設計，可在相同體積內(nèi)實現(xiàn)更大的電池容量，提高電動車的續(xù)航能力。

這種設計方法對于目前的急需提高續(xù)航能力的車企來說，不失為一個好途徑。因為相對于優(yōu)化電池材料而言，改進鋰電系統(tǒng)的整體設計相對簡單，且能快速實現(xiàn)提高電池續(xù)航。

七、鈦酸鋰水合物電池技術(shù)

據(jù)外媒報道，清華大學、麻省理工學院及阿貢國家實驗室共同發(fā)現(xiàn)了一系列全新的鈦酸鋰水合物，相較于Li2O–TiO2材料，其電化學性能較好。該物質(zhì)應用于超長循環(huán)壽命且高倍率性能的鋰離子電池，有效拓展了儲能材料的研究范圍，并提供了電極材料改性的新思路。

圖片來源greencarcongress.com

在35℃試驗溫度下，全新的鈦酸鋰水合物的比容量約為130mA·h/g，可在100秒內(nèi)完全充滿電并實現(xiàn)10000次充放電過程，每個充放電周期容量衰減為0.001%。據(jù)該團隊透露，其發(fā)現(xiàn)了上述鈦酸鋰水合物，并優(yōu)化了脫水納米結(jié)構(gòu)。

阿貢國家實驗室電池科研人員指出，大多數(shù)情況下，對于非水鋰離子電池而言，水是不利的物質(zhì)。然而，對該款電池材料而言，結(jié)果卻截然相反。

該研究團隊采用各類先進的表征技術(shù)使材料受熱，從而追蹤器復合物及結(jié)構(gòu)變化，如：X射線衍射。該技術(shù)由阿貢國家實驗室旗下的先進光子源提供。

當分析綜合表征特性時，該團隊提升了材料的結(jié)構(gòu)多樣性并采用了納米結(jié)構(gòu)，其陽極材料捕獲水可提升電池性能。

【OFweek視角】

水在自然界內(nèi)可謂無處不在，也是化學合成所需的常見原材料。該研究所采用的方法或?qū)樘綄て渌咝阅茈姌O材料開啟新的大門，給更多的研究機構(gòu)嘗試不同材料提供了新的思路。

八、錳基鈉離子電池技術(shù)

美國德克薩斯大學達拉斯分校與韓國首爾國立大學采用錳基鈉離子材料共同研發(fā)出一款全新電池。該錳基鈉離子材料材料或?qū)⒔档碗姵爻杀荆疑鷳B(tài)環(huán)保性更佳，所制成的電池可供電動車使用。

隨著制造商、用戶對電動車需求的不斷提升，鋰電池產(chǎn)量很可能難以為繼，無法滿足不斷增長的產(chǎn)品需求。據(jù)國際能源署(International Energy Agency)新近發(fā)布的報告顯示，截止至2020年，全球電動車數(shù)量或?qū)⑦_到900萬-2000萬輛;截止至2025年，全球電動車數(shù)量或?qū)⑦_到4000萬輛至7000萬輛，屆時電動車的實際數(shù)量視相關國家政策而定。

若采用鈉材料，則有望減少電動車的電池成本，因為鈉的價格相對較便宜，且儲量富足，不過也同樣存在一些弊端。

盡管鈉離子電池的價格比鋰離子電池便宜，但鈉的能量密度要比鋰低20%。而電池的能量密度則直接決定了電動車等設備的運行時間。

根據(jù)研究團隊的設計，他們采用鈉取代了陽極內(nèi)占比最大的材料——鋰，并用錳取代價格更為昂貴、儲量更為稀缺的鈷和鎳。

他們宣稱，自己研發(fā)設計的鈉離子材料更為穩(wěn)定，其電池容量可媲美鋰離子電池，且該類電池具有可擴展性。為此，我們希望業(yè)內(nèi)能采用這類新材料，并逐步實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。”

基于對其他實驗材料的物理特性及化學特性的深入研究，該研究團隊采用了合理的原材料配比并攻克了上述技術(shù)難題。他們先采用了計算機模擬，進而測定了電池達到最佳性能時各原子的配置，然后在實驗室內(nèi)進行了大量的材料測試直至研發(fā)成功。

【OFweek視角】

電池成本是個亟待解決的實質(zhì)性問題之一，采用更廉價的錳基鈉離子材料有望減少電動車的電池成本。尤其是在如今碳酸鋰的儲量不斷減少，價格一路上漲的情況下，如何降低電池的材料成本，顯得尤為重要。但能量密度降低的事實讓人不得不正視。那么，面對這個問題，廠商是選擇降成本還是降能量密度?或許鋰電廠商選擇期盼開發(fā)出成本低且能量密度的更高的材料。一旦這樣的材料研發(fā)成功，將帶來鋰電行業(yè)的顛覆性變革。

九、海水電池技術(shù)

利用水力發(fā)電相信大家聽得多，不過有沒有想過海水可以發(fā)電呢?韓國蔚山國家科學技術(shù)研究所(UNIST)的研究人員近年集中研發(fā)一種海水電池，不但比鋰電池更環(huán)保及更低成本，而且更可顯著減少起火風險，目前研究團隊正積極進行改良，并期待稍后可推出市場。

據(jù)了解，此海水電池研究項目的成員同時還包括韓國電力公司及韓國東西電力公司，兩者將于2018、 2019年分別再投入30億和20億韓元，以便UNIST有足夠經(jīng)費可改良電池以供商業(yè)用途。由于海水電池用來發(fā)電的鈉是地球蘊藏量第六豐富的元素，因此不但成本比鋰電池更低，同時海水保持在熱流體狀態(tài)亦可降低起火風險，可以說是好處多多。

海水電池的運作原理與鋰電池相似，充電時將鈉離子儲存于陰極，然后放電時鈉與水及氧產(chǎn)生化學反應形成氫氧化鈉，過程中會形成電能。研究團隊目前正不斷改良電池的幾何形狀設計，制作各種尺寸及形狀的電池，希望將充電率提升至20Wh，如此一來有望取代鋰電池成為新一代儲能媒介。

【OFweek視角】

從韓國對電池方面的研究力度極大。電池至于海水電池之所以仍未能投入商用，主要問題是海水電池的電力輸出較低。試想如果能實現(xiàn)這種電池的商業(yè)應用，將是如何一種何種情況，幾乎不要成本的海水，成本比鋰電池低得多。同時亦可降低起火風險，提高電池的安全性能。

十、特殊電極材料技術(shù)

6月中，據(jù)外媒報道，俄羅斯國家研究型工藝技術(shù)大學節(jié)能中心的工作人員研制出了航天器高效熱電發(fā)生器所需材料的經(jīng)濟快速的制作方法，這種材料可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，相關文章發(fā)表在《材料化學學報A》上。

科研小組成員、NUST MISIS節(jié)能中心工作人員將銦用作填充物，選擇合適的金屬初始配比，在開放式反應器內(nèi)合成所需材料。通過這種方法，只需兩分鐘就可在開放式反應器內(nèi)完成合成，退火需要5個小時。這種材料和合成的特點可使整個進程加快數(shù)十倍，從而降低所獲材料的成本。

7月底，德雷塞爾大學的工程學研究員們改良了MXene材料，結(jié)合超級電容器與傳統(tǒng)大容量電池的優(yōu)點和特性，未來或能實現(xiàn)電動車的“近瞬態(tài)”充電。

MXene是一款扁平的納米材料，由德雷塞爾大學材料科學與工程系的研究人員所發(fā)現(xiàn)，其外觀酷似三明治，這種電極材料具有超高導電性。為使MXene的鋰離子能自由移動，研究人員對其結(jié)構(gòu)進行了一定的調(diào)整。研究人員將MXene與水凝膠相混合，改變了其結(jié)構(gòu)，使鋰離子能自由移動。

【OFweek視角】

材料與信息、能源是現(xiàn)代文明的三大支柱。材料同樣是鋰電行業(yè)的支柱之一。只有更好的材料研發(fā)出來，并應用于鋰電池中，才能使鋰電池突破發(fā)展瓶頸。而每一代材料的突破都能給鋰電池帶來顛覆性的技術(shù)變革。新電極材料的突破或?qū)⒔鉀Q長久以來一直困擾電動車市場的一大技術(shù)難題。

總結(jié)

新年將至，過去一年時間里鋰電行業(yè)的技術(shù)也隨著日月交替而悄悄發(fā)生著改變。有機構(gòu)對電池整體設計的改進;有選擇采用固態(tài)電解質(zhì)的，也有的堅持深耕液態(tài)電解液的;有用復合材料作為正負極，也有考慮用單一金屬元素;不管是昂貴的石墨烯，還是低廉的錳基鈉離子，甚至用的成本可忽略的海水……不管采用什么技術(shù)，電池容量、壽命、安全性、成本等將成為長久話題，這也是電池技術(shù)持續(xù)發(fā)展的方向。