我們要從各種方面來(lái)考慮,盡量避免較大的缺點(diǎn)而將優(yōu)點(diǎn)集合起來(lái),通過(guò)對(duì)于安全性、使用壽命、功率大小、成本大小等方面的比對(duì),磷酸鐵鋰電池是未來(lái)電動(dòng)汽車電池發(fā)展的趨勢(shì)。目前已有一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的企業(yè),在大力發(fā)展鋰電池的時(shí)候,就已經(jīng)開(kāi)始注重對(duì)于鋰電池的維護(hù)保養(yǎng),并繼續(xù)研究新型的安全性能更高、使用壽命更長(zhǎng)、更環(huán)保、更劃算的鋰電池,并提供相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)支持。企業(yè)內(nèi)部的研究不斷突破,已推出一些非常簡(jiǎn)單方便的動(dòng)力電池維護(hù)儀,可以解決新能源汽車的動(dòng)力電池相關(guān)問(wèn)題,并已經(jīng)得到了國(guó)家專利認(rèn)證。
1、概述
在公元前后,人們對(duì)化學(xué)電源有了原始的了解,由于使用方便、性能可靠、便于攜帶,容量、電流和電壓可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)任意組合等許多優(yōu)點(diǎn),受到了人們的重視和青睞?;瘜W(xué)電源發(fā)展至今已有200多年歷史,在這段時(shí)間中,化學(xué)電源朝著多元化多功能化發(fā)展,直到1990年日本索尼公司研發(fā)出了鋰離子電池,成了化學(xué)電源上一個(gè)重大的里程碑。鋰電池是指電化學(xué)體系中(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池。鋰電池大致可以分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的,且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的。由于鋰離子電池性能優(yōu)越,鋰金屬電池逐漸被淘汰,通常人們喜歡把鋰離子電池叫做鋰電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)工作。鋰離子電池正極材料常用鋰離子嵌入化合物(含鋰氧化物或復(fù)合氧化物)如鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。鋰離子負(fù)極材料常用鋰離子插入化合物,主要有鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6、TiS2、WO3、NbS2、V2O5等,其中LixC6應(yīng)用最為廣泛,通常用石墨結(jié)構(gòu)碳素材料,也可用焦炭素材料。在充電過(guò)程中,鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);而放電過(guò)程則是相反。鋰離子電池的電解質(zhì)溶液有兩種,一種是有機(jī)溶劑-無(wú)機(jī)電解質(zhì)體系,碳酸丙酯是常用的有機(jī)溶劑,常用的無(wú)機(jī)電解質(zhì)是LiPF6。另一種則是固體聚合物電解質(zhì),如凝膠聚合物和全固態(tài)聚合物等。鋰離子電池這樣在正負(fù)極之間往返,被形象地稱為搖椅電池。20世紀(jì)70年代爆發(fā)了兩次世界性的石油危機(jī)使人們意識(shí)到了能源的重要性,而實(shí)驗(yàn)證明電能是最干凈最便捷的能源。此外,我們知道石油資源是不可再生的,而我國(guó)又是資源短缺的大國(guó),這使得我國(guó)從使用有污染的石油資源轉(zhuǎn)向無(wú)污染又可再生的化學(xué)電池的迫切性又增強(qiáng)。鋰電池憑借比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好、無(wú)公害、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電小、工作溫度范圍高等優(yōu)點(diǎn)逐漸地取代了電動(dòng)車的市場(chǎng)成為當(dāng)今電動(dòng)車電池的主流。鋰電本身的應(yīng)用也很廣,從市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)來(lái)看,鋰離子電池在電子產(chǎn)品方面主要是手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品;在交通工具上則是電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車等電動(dòng)交通工具;同樣也在國(guó)防軍事上、在航天航空方面以及儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。
2、推動(dòng)鋰電池發(fā)展的相關(guān)措施
2.1完善供需鏈條,體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)
鋰電池是電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、大中型電動(dòng)工具、電子通信、航天、國(guó)防等領(lǐng)域的重要供電需求。這些領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成的強(qiáng)大市場(chǎng)需求,必然會(huì)帶動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如,近年來(lái)我國(guó)新能源汽車保持了逐年遞增的良好發(fā)展勢(shì)頭,統(tǒng)計(jì)顯示2017年我國(guó)新能源汽車總量已經(jīng)達(dá)到了78.2萬(wàn)輛,2018年僅1—3月,新能源汽車產(chǎn)量就達(dá)到了15萬(wàn)輛。不僅市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭良好,政府在新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面也給予了大力支持,補(bǔ)貼政策的落實(shí)成為拉動(dòng)新能源汽車生產(chǎn)與消費(fèi)需求的重要因素。在此條件下,動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)為配合新能源汽車生產(chǎn)也獲得了新的市場(chǎng)空間。同時(shí),國(guó)家關(guān)于功率型與能量型電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)測(cè)試規(guī)程的制定與落實(shí),也為產(chǎn)業(yè)對(duì)接提供了條件,從而為鋰電池產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展形成了巨大的帶動(dòng)效應(yīng)。
2.2加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新,提高鋰電池生產(chǎn)質(zhì)量
技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)是促進(jìn)鋰電池健康發(fā)展的源頭。目前,在市場(chǎng)帶動(dòng)下,在政府支持下,我國(guó)鋰電池行業(yè)的資本投入規(guī)模已經(jīng)居于世界領(lǐng)先位置,但是在技術(shù)自主研發(fā)與創(chuàng)新方面的局限卻成為電池市場(chǎng)質(zhì)量不高、國(guó)際市場(chǎng)占有份額不足的主要原因。因此,相關(guān)部門(mén)應(yīng)綜合推進(jìn),為技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)造良好環(huán)境。例如,政府應(yīng)制定出臺(tái)嚴(yán)格的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保障機(jī)制,保證技術(shù)研發(fā)成果,調(diào)動(dòng)技術(shù)人員參與創(chuàng)新;企業(yè)應(yīng)積極開(kāi)展與高校、科研機(jī)構(gòu)的合作,打通產(chǎn)、學(xué)、研鏈條,實(shí)現(xiàn)技術(shù)研發(fā)與人才培養(yǎng)的良性循環(huán),增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展動(dòng)力;推動(dòng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同,利用上游產(chǎn)業(yè)技術(shù)要求推動(dòng)鋰電池市場(chǎng)的細(xì)化,推動(dòng)動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池以及消費(fèi)電池的技術(shù)研發(fā)。
2.3推動(dòng)鋰電池科學(xué)回收,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)
目前,鋰電池的回收已經(jīng)成為政府、行業(yè)發(fā)展中需要面臨的重要問(wèn)題。一方面政府應(yīng)出臺(tái)嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)措施,利用環(huán)保法律法規(guī)推動(dòng)鋰電池回收工作的順利開(kāi)展,嚴(yán)格控制環(huán)境污染問(wèn)題;另一方面,企業(yè)應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展出發(fā),建立運(yùn)營(yíng)公司,將鋰電池運(yùn)營(yíng)與回收利用融為一體,回收廢棄電池中的金屬能源,打造綠色、環(huán)保的運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)鋰電池產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
3、未來(lái)鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)
詳細(xì)地介紹了固態(tài)鋰電池相關(guān)技術(shù)和現(xiàn)有的研究成果,其中還敘述了固態(tài)鋰電池的結(jié)構(gòu)、原理和功能,也展望了固態(tài)鋰電池未來(lái)的發(fā)展。大力發(fā)展固態(tài)鋰電池是因?yàn)楝F(xiàn)有的鋰離子電池的安全性較低。目前的電化學(xué)儲(chǔ)能鋰離子電池,例如鉛酸電池、液流電池等,通常都是采用液態(tài)的電解質(zhì),容易泄漏或被腐蝕,而且使用壽命較短。薄膜型全固態(tài)鋰電池、大容量無(wú)機(jī)全固態(tài)鋰電池是一種采用固態(tài)的非可燃性電解質(zhì)電池。這種固態(tài)鋰電池是通過(guò)鋰離子和電子的電荷交換來(lái)實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的高安全性鋰離子充電電池。筆者詳細(xì)比較這幾種電池的功能、成分和原理,特別對(duì)比了電池密度和功率大小的區(qū)別,這是對(duì)儲(chǔ)能電池選擇的重要因素。這對(duì)于打破水電、風(fēng)電等新能源發(fā)電方法的發(fā)展瓶頸有重要作用。此類新能源發(fā)電由于受到地域、天氣等自然因素影響,無(wú)法進(jìn)行安全穩(wěn)定的發(fā)電。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展,正在逐漸解決不穩(wěn)定性這一阻礙新能源發(fā)電繼續(xù)發(fā)展的障礙。
結(jié)束語(yǔ)
從上個(gè)世紀(jì)九十年代開(kāi)始,既可以充電又可以放電的充電電池因?yàn)檎?fù)極材料與電解質(zhì)的改革開(kāi)始發(fā)展并逐漸普及。鋰電池?fù)碛匈|(zhì)量很輕,比容量高,工作電壓高等優(yōu)勢(shì),在未來(lái)很有可能成為電動(dòng)汽車的環(huán)保動(dòng)力能源。盡管如此,科研人員還在繼續(xù)著鋰電池的研究,為了進(jìn)一步改善人類社會(huì)而努力。