2016年十大锂电池技术突破

2016年十大锂电池技术突破

　　李巨教授将锂空气电池和新型锂氧电池进行对比，锂空气电池的一大缺点是电池充电与放电时电压的不匹配。电池的输出电压比充电时的电压要低1.2伏还要多，这意味着在每一次完整充电过程中，都会产生巨大的能量损失，在充电时，约30%的电量以热量的形式流失，如果你充电速度过快，它都可以自燃。锂氧电池电压损耗情况可以改善5倍以上，从1.2伏减为0.24伏，所以，仅有8%的电能被转换成了热量。这意味着汽车可以快速充电，因此电池组发烫的情况会解决，不再构成安全隐患，而且电池的能源效率得到了保障。

　　锂空气电池其实是锂干氧电池，因为它完全不能处理潮湿以及二氧化碳。所以锂空气电池使用的输入型空气需要认真处理。新电池完全不需要吸入以及排除气体，这个困扰锂空气电池的问题迎刃而解。

　　此外，新型电池自身存在一种过度充电的保护机制，在过度充电情况下，化学反应可以实现自我约束。一旦过度充电情况发生，化学物质马上转变成另外一种形态，从而化学反应中止。在循环负荷试验中，新型电池的实验室版本完成了120遍充电—放电的循环测试，整个过程下来，仅有2%的能量损失，这意味着这种电池或将拥有超长寿命。

　　研究团队表示，新电池使用的作为液体电解质的碳酸盐是最便宜的一种。此外，氧化钴的重量还不到纳米锂氧重量的一半。整体而言，这种新型电池与锂空气电池相比，应用更为广泛、价格更为低廉、使用更为安全。

　　编辑认为，这是一项重大突破，可能会推动氧基电池技术的重大发展。锂空气电池，被认为是锂离子电池的终极形态，而这个新型锂氧电池更是锂空气电池的升级版，更加强大、更加方便、还更加安全。希望这项技术能够快点成熟，走上市场！

　　突破七：中科院研制出高性能石墨烯锂电池材料

　　中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮和黄行九课题组的副研究员刘金云等在研制高性能石墨烯锂离子电池方面取得新成果。

　　刘金云等通过美国伊利诺伊大学香槟分校和中科院合肥研究院合作，研制了一种基于三维石墨烯的复合电池材料，具有高的活性材料负载量、短的离子电子传输路径，而且电极材料组装成电池不需要使用任何粘结剂和导电剂等添加剂，电池具有高容量和优良的循环稳定性。

　　研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极材料，在12分钟完全充/放电条件下，循环2000次后电池容量大于200mAh/g(大量文献报道小于1000次、容量普遍低于150mAh/g)；而且1分钟充电的容量，达到商用和文献报道的大于5分钟的相近容量。

　　此外，该三维石墨烯复合电池材料结构设计还可以应用于锂离子电池负极材料，比如研制石墨烯/硅复合负极，展现出良好的通用性。

　　从便携式电子设备到新能源电动汽车，都对高性能锂离子电池具有迫切需求。作为锂离子电池的核心，电极活性材料普遍要求具有高容量和能量密度、长期循环稳定和安全性。石墨烯锂离子电池材料研发的突破，有望再度给石墨烯产业的应用和推广带来利好。

　　突破八：麻省理工发现新型可导电海绵状MOF材料推动电池技术发展

　　美国麻省理工学院首次发现了具有导电性的金属-有机框架化合物MOF材料（metal-organic frameworks），海绵状微观结构的新型MOF材料具有极高的储能密度，有望能够成为新一代超级电容/电池技术的核心材料。

　　海绵状的新型MOF材料由于结构特性，具有极高的材料表面积，由此可以制备具极高储能密度的超级电容器，新型MOF材料被证明可在一定条件下具有导电性。这种具备高度导电性的MOF材料，打开了一个全新的应用类型。

　　该团队相信，应用该材料制备的超级电容将有更高的储能密度，有望应用在更广的范围内，推动新一代电池技术发展。

　　碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用碳纳米管材料，制得的超级电容器，储能密度比较高。但是碳纳米管材料的制备条件非常严苛，且成本高昂。这种海绵状的新型MOF材料制备的超级电容比碳纳米管超级电容气储能密度更高，假如成本能够有所降低的话，那么它或许会取代碳纳米管超级电容器的地位，如果成本也比较高的化，那么应用的空间肯能会缩小很多。

　　突破九：掺杂碳纳米管片新型锂电池受损后可自我愈合

　　研究人员开发了一种新型锂离子电池，即使受损后，它也能迅速“再生”，恢复对外供电。新一代电池利用一系列掺有聚合物的碳纳米管片，在电池受损时不止会阻止泄露，还使“创伤面”能自我愈合。

　　开发这项技术的研究团队，利用佩戴在玩偶手臂上的柔性腕带形状电池进行了演示。电池受到损伤后，会自己“长好”，恢复供电，就像没有受到过损伤一样。研究人员认为自愈合电池可以用于可穿戴设备——尤其是有时可能受损的可穿戴设备。

　　目前，新型电池还处于试验阶段，因此要应用在Fitbit健身手环或Apple Watch等可穿戴设备中还需要一段时间。

　　传统锂离子电池虽然可以设计为柔性电池，但是，如果破裂、弯曲或受到过大压力，它们仍然可能受损。一旦电池受损，整个使用电池的设备就失效了，造成财物损失，另外电池算坏，还有可能造成有毒、带有腐蚀性或易燃的化学物质泄露，带来安全隐患。这个可愈合的电池，编辑隐隐有些小激动啊，真是心疼以前扔掉的那些不小心弄坏电池电动玩具，真是可惜啊，没赶上好时候！

　　突破十：华为石墨烯基高温锂离子电池取得重大突破

　　12月1日，华为中央研究院瓦特实验室宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破，推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。

　　华为瓦特实验室首席科学家李阳兴博士指出，石墨烯基高温锂离子电池技术突破主要来自三个方面：在电解液中加入特殊添加剂，除去痕量水，避免电解液的高温分解；电池正极选用改性的大单晶三元材料，提高材料的热稳定性；同时，采用新型材料石墨烯，可实现锂离子电池与环境间的高效散热。

　　据介绍，高温环境下的充放电测试表明，同等工作参数下，该石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃；60°C高温循环2000次，容量保持率仍超过70%；60℃高温存储200天，容量损失小于13%。

　　这一研究成果将给通信基站的储能业务带来革新。在炎热地区使用该高温锂离子电池的外挂基站工作寿命可达4年以上。石墨烯基锂离子电池也将助力电动车在高温环境下持久续航，以及无人机高温发热下的安全飞行。

　　编辑认为，在华为的这款新型电池中，石墨烯是用来实现锂离子电池与环境间高效散热的，所以华为这个“石墨稀基”有些耐人寻味。但是，石墨烯高导热的性能是公认的，用来提升散热性能这是个值得推广的思路。另外，华为提到的该技术可以用于极端环境地区的通讯基站，也明确了这款电池的优势是在极端环境下保证储能-供能稳定，并非无所不能。

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