电池的作用可是众所周知的，小到电子表、随身听，大到汽车卫星都离不开电池。但是相比其他科技领域的突飞猛进，电池技术的发展比较缓慢。

 

　　1、锂电池诞生时间与原理

 

　　1991年，索尼推出首个商用锂电池，锂电池沿用至今并称为主流的电子设备电池技术。由于锂离子是最轻的碱金属元素，拥有着更小、更轻、能量密度更高的特性，所以迅速取代了镍电池。

 

　　锂电池构成物质中有磷酸铁、锰、石墨、钛酸盐等其他金属和非金属材料，但要靠着“锂离子”这个元素在正、负极中的嵌入与脱出，才可实现电能与化学能的相互转化，最终完成充放电过程。

 

　　从1991到2015年，电池技术并非没有进步，只是发展缓慢。目前锂离子电池在能量密度、高低温特性、倍率性能上，都远远高于铅酸、镍氢电池，但还是难以满足快速增长的电子产品、电动汽车等的需求。

 

　　2、增加电池容量的两种方法

 

　　想要提升锂电池续航能力的本质方法只有两种，一是增大电池体积以扩充电量，二是在有限的体积内增加密度来获得长能效。第一种方法现在用在特斯拉电池汽车上，拆掉特斯拉的外壳，底下是密密麻麻的7000多节18650电池，重量为700kg，接近车总重的三分之一。

 

　　第二种方法则是经常被用在了手机上，由于手机体积有限，不可能无限制往里面塞电池。不过经过研究人员的努力，手机电池的密度还是有了很大的提升，高能量比的负极材料的应用，已经让单位体积的手机电池容量提升了一倍。

 

　　3、目前手机电池面临的短板

 

　　随着智能手机的发展，更大更高分辨率屏幕、大量手机APP、更快的Soc等耗电大户，加剧了电池电量的消耗速度。如果要想彻底解决手机续航问题，既要增加电池体积又要增加电池密度，双管齐下才能效果显著。

 

　　但很无奈的是，目前手机正望着轻薄方向发展，想扩大电池体积不大可能，增加电池能量密度是唯一的办法，电池密度的提升就如同一块体积有限的海绵来吸水，从50%-90%的提升不难，但想要从90%-100%就不很容易了，因为已经快饱和了。

 

　　不只是用户关心，电池厂商们也都在花功夫研究，毕竟这是一个“人无我有”的大卖点。谁都知道续航是软肋，但无奈效果并不理想。所以说，锂电池提升效果不够明显不是我们毫无作为，而是对现有锂子电池性能的利用率已经接近能达到的极限了。

 

　　4、未来电池技术的发展方向

 

　　既然在锂电池技术遇到瓶颈，人们就想到了一些另辟蹊径的办法，间接的有效解决了用户对续航的需求，移动电源就是一个很好的例子。不过我们今天说的不是这个，而是快速充电。

 

　　快速充电技术就是近年涌现出来的一种解决途径。既然电池体积受限密度又不能再增加，那就缩短充电时间，通过这种逆向的方式来达到相对延长电量的结果，虽然讨巧但确实也有效。

 

　　未来电池的4大发展方向：

 

　　随着电动汽车的浪潮席卷全球，各大车企纷纷发力布局。受政策补贴刺激，中国电动车市场的增速均超越美国和欧洲，成为全球最大的市场，自主品牌乘着这股东风也得以蓬勃发展。因此，在2016年上半年全球电动车销量排行榜上，有9家自主车企进入前20名，比亚迪更是以巨大的优势成为销量冠军。

 

　　电池作为电动汽车的核心部件，与续航里程和充电时间密切相关。目前大部分的电动车都在采用锂离子电池，比如采用磷酸铁锂电池的比亚迪E6、三元锂电池的特斯拉Model S和锰酸锂电池的日产聆风。电池技术百花齐放，例如以下的四大技术，就是未来重要的发展方向。

 

　　纳米锂电池：充电时间大幅缩短

 

　　技术发展使得电池容量不断扩大，但随之而来的是充电时间的延长，对充电速度也有了更高的要求。目前的主流电动车的慢充时间在5到10小时之间，快速充电能在1到2小时内充满，但长期使用会影响电池寿命。而世界上最快的特斯拉超级电站，仅需40分钟就能充电80%，但这和纳米锂电池一比就不算什么了。

 

　　新加坡南洋理工大学发明了一种基于纳米管的新型电池，能在2分钟内充电70%，其使用寿命长达20年。传统的锂电池无法快速充电，主要出于石墨电极的安全考虑，在工作时电极表面会形成电解质膜，减慢锂离子的运输速度。但南洋理工大学采用二氧化钛纳米管凝胶来替代石墨，能让化学反应加速，进而缩短充电时间。但由于工艺复杂，成本较高，这项技术要普及恐怕还需要好几年。

 

　　锂空气电池：蓄电量倍数提升

 

　　锂空气电池的最大优点是能量密度高，目前的锂离子电池能量密度只有 Wh/kg左右，而现有的锂空气电池已经达到500 Wh/kg，理论上的极限是12k Wh/kg，还有极大的提升空间。IBM公司很看好这项技术，发起了“电池500”的项目，也就是将续航里程提升到500英里(即800公里)。

 

　　锂空气电池的正极是多孔导电碳，负极为锂电池，为了让锂离子和空气充分接触，特意将电池内部结构设计得像人体肺部一样，来加大与空气的接触面积。这种电池的充/放电效率较低，而且稳定性也是一大难题，在实际应用中可能会发生短路爆炸。最早看到它应用在电动车上，估计要等到2020年。

 

　　固态电池：更轻便，更安全

 

　　传统锂电池采用液态电解质，而固态电池原理相同，只是将电解质换成固态——通常是金属混合物。这样设计的好处是让更多带电离子聚集在一起，传导更多的电流，同时有效减少电池体积和重量，安全性更出色。因为液态电解质在高温下会发生副反应，容易产生爆炸，而固态电池就不会有这问题。

 

　　虽然固态电池全方面改良了锂电池，但特斯拉CEO马斯克并不看好它，因为它生产成本实在太高，短期内难以下降。正因如此，许多资金匮乏的新创公司或者破产，或者被收购。目前最接近量产的Sakti3固态电池就已经被戴森公司接手，戴森最近宣布投资14亿美元来建立电池厂，这场豪赌能否让固态电池尽快普及?仍有待观察。

 

　　半固态锂液流电池：生产成本更低

 

　　在此领域最领先的莫过于蒋业明教授开创的24M公司，半固态锂液流电池可以说是对液流电池的改进，它的电极由锂化合物粒子和电解液混合而成，电极厚度比传统锂电池增加5倍，既提升了能量密度，又减少80%的“非活性”材料，从而降低了材料成本。

 

　　同时这种设计还免去了干燥这道工序，意味着可以撤掉不必要的生产线，生产时间也得到压缩。据推测，到2020年每千瓦时容量的成本将降到100美元以下。这项技术颠覆了传统思路，但也意味着现有生产线和工艺不适用于它，所以24M公司仍处于摸着石头过河的阶段。

 

　　除了以上这4项技术，还有泡沫电池、锂硫电池、石墨烯等也引起了广泛关注，大部分都处于研发阶段，还很难说哪种电池会成为下一代的主流产品。百花齐放虽是好事，但也造成了研究资金的分散。

 

　　研究机构Lux Research数据显示，在过去八年，新创公司平均只获得4000万美元的总投资，换成每一年就是500万美元，可以说是杯水车薪，要实现量产可谓荆棘满途。而反观实力雄厚的大公司，比如三星、LG和松下，近几年愈发保守，更倾向于改进现有技术，缺少大刀阔斧改革技术的决心。因此，锂电池在短期内不会被淘汰，仍将占据主流地位。