锂电池已到末路，铝电池来接班？

本月初，美国斯坦福大学以戴宏杰教授为首的研究小组发表了关于铝离子电池的论文，一石激起千层浪，专家媒体一致认为这是电池行业的重大突破。据悉，这种铝离子电池能实现快速充放电，且循环次数高达7500次，远远超过普通锂电池（一般为300次）。另外，这种铝电池具有高效耐用、可超快充电、低可燃性、高安全性、低成本等特点。
　　

目前市场上的主流电池仍是锂电池，甚至镍氢电池亦未完全退出舞台。铝离子电池的出现，夸张一点讲是颠覆式的，但比被"妖魔化"的石墨烯超级电池多了一层现实的质感。面对如此劲敌，锂电池的未来会走向何方呢？我们且简单解析一番。
　　

一、锂离子动力电池遭遇四大瓶颈
清华大学深圳研究生院的贺艳兵教授在"OFweek2015中国锂电技术产业研讨会"上表示，目前锂离子动力电池发展有四大瓶颈：能量密度低、快速充电性能差、低温充放电性能差以及安全性差。
　　

电池的能量密度是指电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。贺教授认为正负极材料的比容量低，导致锂离子电池的能量密度较低。

四川兴能新材料有限公司研究院副院长龚本利在"OFweek2015中国锂电技术产业研讨会"上表示锂离子产业化非常精细，利用率很高，实际能量密度与理论能量密度的比值最高可达61%，实际能量密度在150-220Wh/kg，而在可以预见的未来，终极目标乐观估值可达500-700 Wh/kg。
　　

普通锂离子电池的能量密度较低这点毋庸置疑，唯有加大科研力度才是解决的办法。
　　

快速充电性能差则表现在两个方面：锂离子在石墨电极内部扩散慢，在电极内部运输慢；而低温充放电性能差与锂离子在电极内部的扩散路径长和电解液的低温活度小有关系；消费者最关心的安全性问题归根结底是电极材料与液态电解液反应活性大的问题。
　　

以上四大瓶颈是锂电池科研工作者一直想破解的问题，下面我们从材料层面来说说。
　　

单就电解质而言，目前锂离子电池主要是用液态电解质，但液态电解质的缺点十分明显：易燃、易渗漏、与碳负极材料具有很强的热反应活性。我们平常听闻的电池安全事故，电解质有无法推卸的干系。
　　

除了电解质，锂离子电池的主要组成成分还包括正极材料、负极材料和隔膜。
　　

关于负极材料，目前应用最广泛的当属石墨材料。对于其他负极材料，贺教授表示，新型纳米碳材料虽然具有比容量高，但是需要解决首次库仑效率低和无充放电平台的问题（从极化机理来说，很难解决）；新型Si，Sn复合负极材料已经得到广泛的研究，但如果首次库仑效率能够进一步提高，将具有很大的发展前景；负极SEI膜形成将成为未来提高负极材料和电池性能的研究热点。
　　

对于万能材料石墨烯，贺教授表示从功率型电池的角度来讲，该材料目前还很难被应用在动力电池中。

二、那些值得期待的锂电池品种

锂电池领域其实不乏"明星级别"的存在，全固态锂电池和锂-空气电池便是其中的佼佼者。
　　

1、全固态锂电池
"下一代锂电池应是全固态锂电池，"贺教授在"OFweek2015中国锂电技术产业研讨会"上引用中国工程院陈立泉院士的话说到，"如果现在还不布局全固态锂电池，将会错失发展时机。锂硫、锂空电池成为研究热点，但其产业化难度较高。其实如果业内将全固态锂电池问题攻克了，再去做锂硫、锂空电池，相关技术难题会迎刃而解。"
　　

全固态锂电池是一种使用固体电极和固体电解液的锂电池。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。由于固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池。
　　

除安全性较传统锂电池优越外，全固态锂电池还有一个很大的优势，就是充放电循环寿命很长，最长可达45000次，并保存95%的初始容量，这点可让其它种类电池望尘莫及。
　　

2、锂-空气电池
锂－空气电池的优势在于其巨大的理论储能能力，它是迄今为止，能量密度最大的储能器件，和汽油相当。
　　

按重量计算，它是如今广泛使用的传统锂电池的10倍。一块锂空气电池可使汽车轻松行驶350英里以上，不需消耗汽油，并且相比于传统电池体积更小也更便宜，不过很难使得电池容量接近理论值。
　　

众所周知锂－空气电池两个最大的问题是效率低以及不能多次充放电。当锂离子和氧气发生反应生成锂氧化物时，锂空气电池产生电流。而锂－空气电池的充电过程则涉及到该反应的逆反应--锂氧原子间的化学键断裂，并且释放氧气。致命问题在于生成的锂氧化物会覆盖在电池电极上，从而隔绝了电极与催化剂的接触，进而减缓反应进程。
　　

如此说来，全固态锂电池比锂－空气电池商