近期科技部發(fā)布了《國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》，明確提出動力電池的單體比能量2015年底達到200瓦時/公斤，2020年達到300瓦時/公斤。
眾所周知，當前各種不同材料的鋰電池單體比能量最高也就在200瓦時/公斤，這已經(jīng)是部分鋰電池的極限，而單體比能量300瓦時/公斤已經(jīng)超出了部分鋰電池的理論值。未來鋰電池究竟該走向何方?
技術在進步 但缺乏革命性改變
回首過往十年，鋰電池技術在不斷進步，最為明顯的感受就是電池容量明顯增加了。用過筆記本電腦的人都知道，2005年筆記本電腦的續(xù)航時間一般都在2個小時左右，差點只有1個小時，而現(xiàn)在筆記本電腦的續(xù)航時間普遍在5個小時以上，有的甚至可以達到10個小時。
技術進步的另一明顯好處就是價格在不斷下滑。價格下滑使得鋰電池的應用領域在不斷擴大，擠占鎳氫、鎳鎘、鉛酸等二次電池的市場。
其他方面的進步還包括：電池種類不斷豐富，聚合物鋰電池開始占據(jù)行業(yè)主導地位，方形、圓柱形、軟包電池逐步形成三足鼎立之勢;充電時間明顯縮短，10年前一塊手機電池充滿需5-6個小時，現(xiàn)在一般只要2-3個小時，這還是在容量翻倍的情況下……
客觀來看，鋰電池在這十年間的技術進步的確很大，但缺乏革命性的改變。鋰電池與10年前沒有兩樣：結構沒有發(fā)生變化，主要配套材料基本沒有變化。尤其是正極材料還與10年前一樣，還是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰這四種。有變化的只是不同材料的市場占比，10年前是鈷酸鋰的天下，現(xiàn)在則是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰四分天下。
LiCoPO4、Li3V2(PO4)3等高電壓以及高比能量正極材料報道屢見不鮮，硅負極、金屬負極等能夠解決一切問題的新型負極材料頻繁見諸報端，石墨烯、碳納米管等新材料應用于鋰電池也經(jīng)常出現(xiàn)在媒體頭條，玻璃陶瓷、離子液體等新型電解質(zhì)層出不窮。能量密度更高、單位成本更低、循環(huán)次數(shù)更多、充電速度更快……論文有很多，投資也很大，但實際產(chǎn)品卻還沒有。
然而，下游應用市場正在發(fā)生根本性變化，手機已經(jīng)完成了從功能手機到智能手機的變革，平板電腦盡管還不能取代筆記本電腦，但已經(jīng)占領了部分市場，電動汽車的興起正在引領汽車革命，可穿戴設備正在快速興起，這些都對鋰電池提出了更高的要求。
事實是，目前鋰電池還達不到智能手機、電動汽車提出的要求。2005年手機電池容量只有1000mAh左右，其待機時間可以輕松到1周，正常使用2天沒有問題，而現(xiàn)在容量達到3000mAh的手機待機時間能有2天就不錯了，實際用起來連一天都堅持不了。
作為消費電子產(chǎn)品，手機充電非常方便，不管是在家還是在單位都很容易解決。而移動電源的出現(xiàn)進一步解決了外出無法充電難題，所以手機電池問題還不是很突出。
但電動汽車就完全不一樣了。大部分電動汽車的續(xù)航歷程只有200公里左右，這與內(nèi)燃機汽車500-600公里的續(xù)航歷程相比差距甚遠，就算是特斯拉也只能達到400公里，這是增加了大量鋰電池的結果。
這還不是最大的問題，真正影響電動汽車使用的還是充電時間長、充電設施嚴重不足。正常速度下，電動汽車的動力鋰電池完全充滿需要4-8個小時。如果加快速度的話，可以在1-2小時內(nèi)充滿，但會影響到動力鋰電池的性能及壽命。
已有實驗證明，如果一直采用快速充電，動力鋰電池的壽命會驟減至原來的三分之一，且電池性能會顯著下滑，安全事故發(fā)生概率大大增加。內(nèi)燃機汽車則不存在這樣的問題，加油或者加氣時間不超過5分鐘，安全性和穩(wěn)定性都能夠保證，加上現(xiàn)在加油站非常普遍，使用非常快捷方便。更為重要的是，鋰電池作為汽車動力的成本太高，已經(jīng)占到電動汽車總成本的一半左右。
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