充电电池特点及发展前景

充电电池特点及发展前景

学院：电气工程学院学号：10291033 姓名：赵鑫

摘要

随着科学技术的不断发展，电池在我们日常生活中起了十分重要的作用。但是电池在发展过程中面临诸多难题，尤其是在大容量，高速度方面，可以说由于电池技术的相对落后，阻碍了其他行业的发展，所以，如何让电池更加高效，更加快捷的服务于大众就成为一个十分重要的课题。

本文主要结合当前新型电池的发展方向，着重从当前广泛应用的充电电池、新型充电电池的开发和我国新型电池的开发前景三个方面对充电电池作简要介绍，从而进一步分析新型电池对人类生活的重要意义。本文的的最后对全文总结。

关键词：新型充电电池；应用；发展；可行性验证

一、日常生活中的主要的充电电池

日常生活中，人们应用的充电电池种类很多，主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂电池等等。由于锂电池其自身的优越性，已经广泛地应用于手机，电脑，电动汽车等各个行业，下面就对锂电池做重点介绍。

锂电池，是一类由锂金属或锂合金材料为负极、使用非水电解质溶液的电池。主要分为锂金属电池和锂离子电池。

1、电池优点：

锂电池电压平台高：单体电池的平均电压为3.7V或3.2V，约等于3只镍镉电池或镍氢电的串联电压，便于组成电池电源组；相对电池而言锂电池能量密度高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；相对铅酸电池而言锂电池重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6；锂电池使用寿命相对较长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电用1CDOD充放，有可以使用1000次的记录；具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；自放电率低，无记忆效应；锂电池高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。

由于锂电池拥有很多优点，所以他在各个行业应用都十分广泛。

2、应用：

锂电池产业发展迅速，2013 年中国市场锂离子电池需求总量超过1110 万kWh，与2012

年的662 万kWh 相比，增长了66%以上，其中锂离子电池三大应用市场——消费类电子产品市场、电动交通工具市场、工业储能市场——2013 年对锂离子电池的需求量分别是：647.54 万kWh、295 万kWh 和170 万kWh，电动交通工具市场所占比率逐年上升。

2011 -2013 年全球锂电池总需求量（万kwh）

3、缺点

锂电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险；钴酸锂材料的锂电池不能大电流放电，安全性较差；锂电池均需保护线路，防止电池被过充过放电；生产要求条件高，成本高。此外，如果作为电动汽车电源来讲，其充电时间长。

二、正在研发中的新型电池

为了解决锂电池的以上缺点，科研人员开始不断的研究。主要是为了改变充电时间和增大电容量。

美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研究人员利用锂离

子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，

开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从过去的数小

时之久缩短到不到一分钟。

新储能设备又称为石墨烯表面锂离子交换电池，或简

称为表面介导电池（SMCS），它集中了锂电池和超级电容

的优点，同时兼具高功率密度和高能量储存密度的特性。

虽然目前的储能设备尚未采用优化的材料和结构，但性能已经超过了锂离子电池和超级电容。新设备的功率密度（即电池能输出最大的功率除以整个

燃料电池系统的重量或体积）为100千瓦/公斤，比商业锂离子电池高100倍，比超级电容高10倍。功率密度高，能量转移率就高，充电时间就会缩短。此外，新电池的能量储存密度为160瓦/公斤，与商业锂离子电池相当，比传统超级电容高30倍。能量储存密度越大，存储的能量就越多。

研究表明，在重量相同的情况下，仅以尚未优化的SMC替代锂离子电池，SMC或锂离子电池电动车的驾驶距离相同，但SMC的充电时间不到一分钟，而锂离子电池则需要数小时。研究人员相信，优化后SMC的性能会更好。

以上研究虽然还没有变为现实，但是它表明对于电池充电时间和充电容量的不断提高始终是人们追求的终极目标。

三、我国新型充电电池的发展特点

我国充电电池主要有一下几个特点：

1.需求量大。电动汽车方面今年由于国内新能源汽车销量向好拉动了国内动力锂电池需求快速增长，多方预测今年新能源汽车销量有望达到7万辆，按照单车平均配备20kWh计算，今年国内动力锂电池的需求量将达到1.4GWh，产值规模约40亿元。其他方面，最近几年年增长率都很高。

2.产量高。我国作为世界的加工工厂，充电电池产量很大，这里仅以锂电池和蓄电池的生产为例。2012年，我国锂离子电池产量约40亿只，占全球总产量的三分之二以上，2014年我国锂离子电池产量增速将持续加快，全年产量有望突破54亿只。

3.各类新型充电电池研发前景广。以飞轮电池为例，深圳飞能能源有限公司于2010年11月公司自主研发了国内第一台商用“飞轮电池”，在国内率先实现了百千瓦级大功率飞轮电池的产业化和批量生产。并于2012年5月获得深圳创新委员会批准，成功申报《飞轮

储能式功率型电池的研发及产业化》项目。锂电池方面，成果丰硕，2013年，《自然》(Nature)杂志子刊《科学报道》(Sci.Report)刊发了复旦大学教授吴宇平课题组的一项重磅研究成果。这项关于水溶液锂电池体系的最新研究，可将锂电池性能提高80%。电动汽车只需充电10秒即可行驶400公里，这种电池成本低廉，安全不易爆炸。

4.和国外差距大。我国在镍氢动力电池和高功率型锂动力电池方面与国外差距比较大；在高能量型锂动力电池方面与国外差距不大；硬件差距主要体现在：电池结构、电池一致性、开发手段、电池生产工艺、电池生产设备水平、电池组合技术、电池组管理系统水平、电池组合过程中的一些基础元件等；软件差距主要体现在：生产过程管理团队、产品质量控制方法、产品设计理念、产品性能分析软件。至于在其他新型电池方面，我国还是追赶者的角色。

四、总结

通过以上介绍，我们大致了解了充电电池的种类以及新型电池的发展方向，随着技术的发展，充电电池肯定会更加节能，更加高效，充电时间更快。但研发也是一条不平坦的路，我国拥有广阔的市场，所以，只有自己不断努力，才能得到市场的认可。

参考文献:

2014年中国动力电池产业发展现状及对六氟磷酸锂行业的影响剖析（图）

中国锂电池市场现状及趋势分析（三）

国内外动力电池技术的差异

美研发新型电池电动车充满电仅需一分钟

飞能能源网站新闻《喜报》