汽车电池市场争夺战 美日哪个更胜一筹

 摘要：锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后更具绿色环保、安全、性能优异的二次可充电新型能源，也是近几年出现的金属锂蓄电池的替代产品，具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点。随着电动汽车市场的增长，预计未来锂离子电池需求方面将持续扩大，锂离子电池行业发展较为迅速。

    美国、日本两大发达国家对于锂离子电池产业的投入可谓是不分伯仲。为了获得电动汽车市场先机，纷纷在锂离子电池的充放电速度、新材料的研发等方面均取得显着成果。

    美国在锂电池充放电领域研究成果显着

    锂电池新材料：石墨烯

    研究背景：美国伦斯勒理工学院(RPI)宣布，在用基于石墨烯的“纸”试制锂离子充电电池(LIB)负极时发现，在能量密度相当的情况下，输出密度提高到了石墨电极的10倍。论文也发表在了学术杂志《ACSNano》上。最近，将石墨烯用于蓄电池及电容器电极，获得了高性能的发布一个接一个。

    研发成果：伦斯勒理工学院教授NikhilKoratkar的研究小组，在氧化石墨烯薄片的还原上采用了照射激光或相机闪光的方法。由此，石墨烯虽得以还原，但出现了很多破洞和裂缝。据称用这样的石墨烯制成“纸”用作LIB的负极，结果获得了相当于石墨电极约10倍的输出密度。

    产品介绍：具体而言，即使进行充放电率约为40C的快速充放电，电极的容量密度仍稳定在156mAh/g，输出密度达到了10kW/kg。据Koratkar等人介绍，还能进行100C的充放电。

    前景分析：论文表示该石墨烯电极能以低成本实现工业量产。Koratkar说：“技术已经成熟，足可供商用，将大大推动电动汽车等所要求的快速充放电型电池”。

    锂电池新材料：压电碳纳米管

    研究背景：据国外媒体报道，美国佐治亚理工学院的研究人员开发出了一种新的锂离子电池，当这种电池被压缩或弯曲时，它可以通过一些化学变化给自己充电。

    研发成果：研究人员抛弃了容纳电池电解质(一种凝胶物，以化学方式存储电能)的塑料容器，代之以一层压电碳纳米管(它把运动转化成能量)，从而开发出这种可以把运动转化为电能和化学能的混合动力电池。

    产品介绍：在通常情况下，压电设备会把动能转换成电能，然后再通过标准锂离子电池中的充电电路，将其转换成化学能。而这种新的混合动力电池可以直接影响其自身内部的离子流，因此研究人员可以完全跳过充电电路，以一种更加高效的方式来捕获机械能。虽然这涉及到物理运动，但是尺寸较小，不那么碍眼的生物力学设备可以提供一个有效的方案，帮助解决移动设备日益增长的电能需求。

    前景分析：当这种电池被压缩或弯曲时，会把动能转换成电能，然后再通过标准锂离子电池中的充电电路，将其转换成化学能，从而给自己充电。

    日本着力于研发锂电池新型材料和可替代材料

    锂电池新材料：深蓝化合物

    研究背景：日本筑波大学教授守友浩近期研发出了一种高效能的锂电池新材料，其研究成果2012年4月15日已在应用物理学会的杂志上发表。与现有的最好材料相比，新材料的充电放电效能提升了8倍。作为未来可能运用于电动汽车和车载电池上的新技术，该研究成果备受瞩目。

    产品介绍：新材料是由铁、猛、碳、氮等构成的深蓝化合物，晶体间隔呈0.5纳米(1纳米等于10亿分之1米)的攀登架型结构。间隔有约5个锂离子的宽度，出入口处很宽，可以容纳锂离子的高速进出。

    实验把深蓝化合物直径50纳米的纳子做成1平方厘米的薄膜并紧贴电极。先花上8分钟充电0.01毫安培再一口气放电，随后得到每克85毫安培的电流。放电时间为1.1秒。

    研发成果：据筑波大学介绍，现有的放电性能最好的材料是橄榄石化合物，放电时间为9秒。但该化合物含有氧元素，会随着时间推移发生氧化并使质量大打折扣。而新材料并非氧化物，在30次的充电放电后没有发生质量恶化的情况。

    守友浩教授表示：“将新材料用于电池的话，放电时会有发热等问题，但材料本身具有令人惊讶的潜在能力。”

    钠离子电池

    研究背景：日本大阪府立大学和日本科学技术振兴机构2012年5月23日联合发表新闻公报说，大阪府立大学的研究人员开发出一种利用钠离子导电性的无机固体电解质，并证实用这种电解质制成的全固体钠蓄电池能在室温下正常工作。

    研发成果：公报说，作为纯电动车的驱动电源和太阳能发电、风力发电的存储设备，高性能蓄电池的开发迫在眉睫。利用钠离子实现反复充电、放电的蓄电池，由于钠资源储量丰富和容易实现低成本生产，被部分专家视为替代锂离子电池的下一代蓄电池。

    目前，利用钠离子导电性的钠硫电池等大型电力存储用蓄电池，已进入实用化阶段，但这种电池工作时需加热到250摄氏度以上，以使其正极的硫和负极的钠处于熔融状态，保持电池内部的低电阻。而使用无机固体电解质且正负极全部使用固体材料的电池不仅更安全，而且兼具单位体积存储能量多和使用寿命长等优点。

    产品介绍：大阪府立大学的研究人员通过使玻璃结晶的方法，发现一种固体电解质，这种电解质能析出此前未曾报告过的立方晶系硫代磷酸钠。研究人员证实，这种固体电解质在25摄氏度的室温下具有高导电率。把这种电解质微粒在室温下粉碎成形并制成的全固体钠蓄电池，可在室温下反复充电、放电。

    前景分析：公报说，提高全固体电池的性能还需进一步增大电解质的导电率以及在电极和电解质之间构筑良好的固体界面，研究人员今后将致力于解决这些课题，以期研制出实用的新一代蓄电池。