锂电池将被固态电池所取代？至少5年内不会

电池是智能手机，医疗设备和物联网设备里不可分割的一部分，在开发最佳电池的竞赛当中，特斯拉无疑是这场竞赛中的新领导者。

经过近十年对电动汽车的大肆宣传，虽然燃油车业务几乎没怎么下滑，但特斯拉已经成功地吸引了人们对电动汽车的注意力，汽车制造商开始跟随特斯拉加入电动汽车竞赛。中国，欧洲和其他国家的政策都在刺激或要求汽车制造商生产更多的低排放汽车，这一举措极大的推动了电动汽车的发展。

在全球范围内，汽车制造商表示将有数十种新型或改装车型变成电动汽车，并承诺将投资900亿美元用于设计新车型，调整制造工厂和开发新技术。

大量资金的涌入肯定会给电池市场带来巨大变化。最明显的变化就是为已经供过于求的电池行业增加更多产能，而这又引发了一系列疑问，如什么样的的电池技术实用的和下一代电池技术将会是什么以及什么时候准备就绪。

计算机设备供应商和消费电子产品供应商一直是锂离子电池的主要消费者，也是最容易受到电池技术的影响。在首次推出索尼CCD-TR1摄录一体机的26年后，先前的电池技术仍然是行业标准。

一堆专利和已发表的论文只是显示了人们对电池做了多少的研究工作。然而，技术发展比技术业务中的其他任何东西慢得多。

总部位于洛杉矶的电池技术制造公司Romeo Power首席电池科学家AK Srouji表示，电池性能，例如能量密度，平均每年增长4%到6%，锂电池存放需要一定的空间，而能量密度的提高可以进一步推动电动汽车的发展。

多年来，人们一直在研究锂离子电池的替代品。可以用钠离子或镁离子作为电荷载体制造电池，但其化学反应的稳定性不高，转换到新的电荷载体可能需要十多年的时间。在锂离子电池中，也会发生许多化学反应。例如，阴极，复合阳极和其他组件已经得到改进，但是所有高性能电池都使用液体电解质。一个预期的转变是全固态电解质，它可以在其发展期内将能量密度提高多达40%，却依仍存在许多电化学反应和制造上的挑战，而这种技术转变可能需要长达十年的时间来发展。

具有低功耗的小型电子秤固态电池主要是针对消费者，可能在五年内开始在市场上出现。关键的支持技术实际上是低功耗无线电芯片和无线充电技术，人们一直期待电池续航时间能够延长，但电池供应商和手机制造厂商也在拓展其他功能，预期实现4瓦至5瓦的功率。

锂电池

锂离子电池一直占据电子市场的主导地位，能量密集，电荷也很稳定。大多数分析师看到锂电子电池依然是市场主流，从储能方面来说至少还会在市场上延续三到五年。

IHS Markit分析师Olivier Nowak表示，固态电池肯定会出现，但不会在未来五年内出现。电子消费者和制造者都希望电池寿命更长，但现有的锂离子电池对于移动电子设备来说并不是一个糟糕的解决方案。当然，锂离子电池偶尔发生火灾，而电池的几何形状和机械设计已经非常灵活。除了在固态电池技术出现意外突破外，其他方面不会发生任何重大的变化。 -

奇怪的是，在提高能量密度的速度一事上，发明锂离子电池的物理学家John Bannister Goodenough显得并不开心。他表示技术会一步步发展，而不是一味地追求速度。另外，他还透露自己的“超级电池”有可能会替代锂电池。

Goodenough于1980年在牛津大学使用锂钴氧化物阴极完成了基本设计，但牛津大学拒绝了他专利的申请。 Goodenough以其发明于2011年获得了自由勋章，但没有获得奖金。但他以94岁的高龄回归电池研究时，他用一篇论文描述了一种固态电池，声称这种电池是不可燃的，具有很长的使用寿命，快速的充电速率以及10倍的能量密度提升。他所描述的这种固态电池由电解质两侧的玻璃电解质和纯金属锂或钠制成。

Goodenough的一位同事称其描述的固态电池容量异常，根本不会产生任何电压。而Goodenough表示，这种固态电池并未违反任何热力学定律，经过反复测试，已经证明这种固态电池可以在500次的循环测试中获得3伏电压。

固态电池

多年来，固态电池一直是电池行业的热门话题。物理学家Farid El Gabaly表示，固态电池稳定，功率高，却非常难以实现，必须能够使锂离子穿过固体壁，而不是电解液—电解质的界面。

El Gabaly最近公布了其三年研究的结果，研究电极接触电解质的过程来寻找答案。El Gabaly和他的一位同事使用X射线光电子能谱以及电化学技术研究离子如何轻松和快速地从一个阴极穿过固体界面到另一个阴极。

该研究的重点是小型固态电池，研究人员不得不将材料分层涂在几层分子上，一层接一层，直到电池完成放电为止。该技术最终将用于添加传感器，无线功能器件和其他元件，所有元件均由安装在芯片上的永久固态元件作为供电介质，与电池中的电源集成在一起。

El Gabaly表示，在此研究之前，没有人能在电池接口处观察到这些现象，并且在许多过程中离子移动得更快或更慢。在其研究中，他以极高的分辨率查看电池的接口，查看需要改进的过程。如果你了解动力学，想在五秒钟内完成电池放电，可以做到这一点。如果你想在一分钟内充好电，你就要知道离子的移动速度。考虑到将固态电池提升到高水平的困难性，El Gabaly预计至少在未来三到五年内其描述的固态电池不会出现。

前年三星Galaxy Note 7发生爆炸而迫使其召回手机。业内人士称，三星Galaxy Note 7发生爆炸是由两家电池厂的规格错误造成的。当电池充电和放电时，电极会膨胀，但缺少曲率半径会使正极和负极上的箔接触，从而导致过热。

波音公司新推出的787型飞机在2013年因几家航空公司报告锂离子电池会产生烟雾和火灾后被迫退出。去年11月，美国消费者产品安全委员会表示，自2015年以来，已发现超过250起与过热有关的爆炸事故，涉及约14,000台设备。

这些事件的发生告诉我们电池技术的发展不管有多慢，要确保安全才是最重要的，那些电池当中存在的问题有可能会使电子设备存在安全隐患，最可怕的是我们在使用过程中认为是理所当然，并不放在心上。

AK Srouji表示，在构建高性能全功能和集成电池系统，大规模使用大量单个的具有稳定性的电池来实现性能的时候，最重要的还是安全性。

电池技术会进一步发展，不仅仅是研究电池组件中的化学成分，还涉及电池，模块和系统设计，以确保当一个电池进入热失控，除了实现所需的循环使用寿命之外，热量不会传播到相邻电池。无论是在快速充电的突发模式还是在稳定的充电模式上，还要研究电子设备本身的设计以及如何利用电池中的能量。

电池越来越成为电子设备能源生态系统的一部分，这促使初创公司，大学和特斯拉等知名巨头对电池技术的新一轮投资和研究。随着电池技术转移到更多的细节上来，使电池兼容各种设备还需要更多的研究，需要对电池内部和外部的多个级别上进行更改。