現(xiàn)在幾乎世界上所有的智能手機(jī)中使用的都是鋰離子電池，但是惱火的是大部分智能手機(jī)的電池在正常使用中只能勉強(qiáng)堅(jiān)持一天。盡管如此，鋰離子電池已經(jīng)被應(yīng)用在了電動(dòng)汽車當(dāng)中，儲能電網(wǎng)也正要到來，似乎鋰離子擁有一個(gè)光明的未來呢。

　　最近最引人的事件之一就是特斯拉汽車公司宣布他們新推出的住宅是Powerwall電池的訂單已經(jīng)持續(xù)到了2016年中期，市場需求十分強(qiáng)勁，很快就將達(dá)到每年電池容量35千兆瓦小時(shí)的生產(chǎn)預(yù)期--美國家用電力消耗為每天120萬瓦小時(shí)。

　　鋰離子電池產(chǎn)品最先是在1990年代由索尼推出的，那時(shí)許多人都認(rèn)為鋰離子電池是可充電電池的一大突破：憑借其更高的工作電壓和更高的能量密度，鋰離子電池?fù)魯×水?dāng)時(shí)占據(jù)主導(dǎo)地位的鎳金屬氫化物電池(鎳氫電池NiMH)。此外，鋰離子電池的使用還促進(jìn)了便攜式電子設(shè)備的發(fā)展。如果沒有鋰電池，最新的Galaxy 智能手機(jī)的重量就可能達(dá)到現(xiàn)在手機(jī)重量的三倍，體積也將是現(xiàn)在的兩倍。

　　但是，近來，鋰離子電池開始“壓力山大”了。在更現(xiàn)代的便攜式設(shè)備和電動(dòng)汽車的續(xù)航時(shí)間上，鋰離子電池的表現(xiàn)都并不能讓人真正滿意。另外，與汽油動(dòng)力車輛相比，鋰離子帶來的安全問題也更為嚴(yán)重，尤其是有火災(zāi)的危險(xiǎn)。

　　這種情況自然帶來了問題：接下來該怎么辦？會(huì)有什么新突破來解決這些問題呢？

　　更好的鋰化學(xué)電池

　　在我們回答這些問題之間，我們首先來談?wù)撘幌码姵氐膬?nèi)在機(jī)制。一個(gè)電池單元必須包含由兩個(gè)絕緣層分開的電機(jī)，通常稱為隔板，該結(jié)構(gòu)通常浸泡在電解液中。兩個(gè)電極必須要具有不同的電勢或不同的電動(dòng)勢，最后兩者之間的電勢差就定義了電池的電壓。電勢較高的電極為正極，另一電極就為負(fù)極。

下一代電池能量密度和功率密度的對應(yīng)圖表

　　在放電過程中，電子通過外接的電路從負(fù)極流向正極，而帶電的原子或離子則在電池內(nèi)部流動(dòng)，以保持電中性。在可充電電池充電時(shí)，這一過程就會(huì)倒過來。

　　鋰離子電池的能量密度是指單位質(zhì)量的電池材料能存儲多少能量，近幾年一直在以每年約5%的增長速度穩(wěn)定增長，在20年的時(shí)間里從90Wh/kg增長到了240Wh/kg，而預(yù)計(jì)這一趨勢還將繼續(xù)持續(xù)。這是由于電極和電解質(zhì)化合物和體系結(jié)構(gòu)中的漸進(jìn)改進(jìn)和最大充電電壓的增加；最近的便攜式設(shè)備電池電壓已經(jīng)從傳統(tǒng)的4.2V增長到了4.4V。

　　要在能量密度的繼續(xù)提高上面繼續(xù)獲得突破，電極材料和電解質(zhì)材料都需要進(jìn)一步的改進(jìn)。其中最大的即將實(shí)現(xiàn)的飛躍就是向正極中引入元素硫或空氣，以及使用金屬鋰作為負(fù)極。
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