前言： 在新車評上很少寫文章，原因：懶。為網(wǎng)友們做的貢獻(xiàn)實(shí)在是太少了，慚愧呀。今天努力克服懶病，寫篇長篇，在此315之際，為大家做點(diǎn)科普，發(fā)揮點(diǎn)作用，努力做個(gè)對XCP有用的潛水員。</o:p>
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新型鋰電充電10秒電動車跑4百公里，電動車的春天來了嗎？</o:p>
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今天早上，人民網(wǎng)上發(fā)表了一則新聞：</o:p>
http://ln.people.com.cn/n/2013/0315/c339832-18302869.html</o:p>
主要內(nèi)容如下：</o:p>
“充電時(shí)間只要10秒，續(xù)航里程達(dá)400公里</st1:chmetcnv>，讓電動汽車和普通汽油在性能上差別不大時(shí)代即將到來。最新一期《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》刊發(fā)了復(fù)旦大學(xué)吳宇平</st1:personname>教授課題組關(guān)于水溶液鋰電池體系的最新研究成果。記者從復(fù)旦大學(xué)昨天舉行的新聞發(fā)布會上獲悉，短短幾天，已有美國新能源汽車開發(fā)的相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)出合作請求。復(fù)旦學(xué)者希望將這一成果盡快在國內(nèi)運(yùn)用，推動新能源車產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，同時(shí)為治理空氣污染發(fā)揮積極作用。</o:p>
此次，由吳</st1:personname>教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型水鋰電池體系采用復(fù)合膜包裹金屬鋰，以水溶液為電解質(zhì)，可大幅降低電池的成本，提高其能量密度，從而使電池充電時(shí)間更短，儲存電量更多，耐用時(shí)間更久。記者了解到，現(xiàn)在市面上售賣的電動汽車出行距離為150-180公里</st1:chmetcnv>，而裝備這一新型水鋰電的電動汽車，它的行駛距離有望達(dá)到400公里</st1:chmetcnv>。最值得一提的是，目前市面上電動汽車的充電時(shí)間需要8個(gè)小時(shí)，而裝備這一新型水鋰電的電動汽車一次充電只需要10秒鐘左右。此外，新型水鋰電的制造成本也只有目前市面上電動汽車鋰電池的一半價(jià)格。這樣一來，電動汽車和普通汽車在性能上的差異不再明顯。其環(huán)保優(yōu)勢將更具市場吸引力。“這種新型水鋰電池一旦產(chǎn)業(yè)化后，將能徹底解決目前新能源電動車存在的安全隱患、成本高、行駛里程短等三大制約其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要難題。”吳</st1:personname>教授說。</o:p>
吳</st1:personname>教授告訴記者，這一成果一經(jīng)《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》上刊發(fā)后，短短幾天，已經(jīng)有美國新能源汽車開發(fā)的相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)出合作請求，但復(fù)旦方作為擁有原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)方，更希望尋求與國內(nèi)企業(yè)合作，盡快將這一成果在國內(nèi)運(yùn)用，推動新能源車產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，同時(shí)為治理空氣污染減少PM2.5顆粒物的排放發(fā)揮積極作用。</o:p>
據(jù)介紹，新型水鋰電還可以廣泛運(yùn)用于手機(jī)、筆記本電腦、大型制造設(shè)備等領(lǐng)域。和傳統(tǒng)鋰電池相比，它的另一個(gè)顯著的優(yōu)勢是不容易發(fā)燙發(fā)熱，大大降低了安全隱患。”</o:p>
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復(fù)旦，《自然》，《科學(xué)報(bào)道》，幾個(gè)大牛的名詞砸下來，估計(jì)大多數(shù)人都會發(fā)昏，不得不信，可是，中國的科技真的有那么NB嗎？這是不是又一次的“畝產(chǎn)13萬斤”？</o:p>
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本著嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神，我們先去看看《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》是如何報(bào)道最新水性鋰電的。該論文為開放論文，有興趣可去自然雜志的網(wǎng)站下載</o:p>
http://www.nature.com/srep/2013/130307/srep01401/full/srep01401.html。
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這篇論文摘要的主要內(nèi)容翻譯如下：</o:p>
以表面包覆的Li金屬為正極，錳酸鋰為負(fù)極， 0.5 mol/ L 硫酸鋰水溶液作為電解液組成可充電鋰離子電池（ARLB）。此電池電壓約4.0 V，是水性電池的一個(gè)重在突破（水性電池的穩(wěn)定電位窗口為1.229 V）. 除第一循環(huán)外，這種電池的循環(huán)性能非常優(yōu)異，庫侖效率為100％。它的能量密度可達(dá)到446 Whk/g，高于傳統(tǒng)的鋰離子電池約80％。它的能效可達(dá)95％以上。此外，它的成本低，安全可靠。</o:p>
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小知識： 鋰電池的電壓為2.5-4V，如果使用水溶液作為電解液，在此電壓條件下，水會分解成氫氣與氧氣，因此現(xiàn)在的鋰電池都是使用非水有機(jī)溶劑作為電解液，由于有機(jī)溶劑揮發(fā)性強(qiáng)，導(dǎo)電性差，所以鋰離子電池的高溫性能和大電流充放電性能相對較差。由于鋰非?；顫姡凿囯姵氐陌踩韵鄬︽嚉涞人噪姵夭?。
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新聞中提到的這篇論文的創(chuàng)新性在于使用 Li金屬用于水性電解液里制備鋰離子電池。高中有個(gè)實(shí)驗(yàn)，把堿金屬鈉放到水中，鈉會在水面上打轉(zhuǎn)，與水反應(yīng)生成氫氣。鋰也具有同樣的性質(zhì)，所以使用金屬鋰做為電極的電池中不能用水溶液來作電解質(zhì)。</o:p>
論文中，先在金屬鋰（正方形：2×5×0.5cm</st1:chmetcnv>）表面涂覆一層自制凝膠聚合物電解質(zhì)（約0.2 mS / cm的離子導(dǎo)電率）。然后再涂上一層150μm的LISICON薄膜（日本生產(chǎn),主要成分：Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2，離子傳導(dǎo)率0.1mS/cm），用做電池的正極。電池負(fù)極為常見的錳酸鋰，電解液是 0.5 mol/ L 硫酸鋰水溶液。
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因?yàn)樽鰹檎龢O的金屬鋰片外面有一層可傳導(dǎo)離子的薄膜，鋰片沒有直接和水溶液接觸，所以可以使用水溶液作為電解液。相對于傳統(tǒng)的非水鋰電池來說，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是很有創(chuàng)新性的。</o:p>
文章提到這種新方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.循環(huán)性能好，2，能量密度高，3. 能量效率高
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同一新聞，另一則網(wǎng)上的報(bào)道：“據(jù)稱，新型的水鋰電采用水溶液作為電解質(zhì)，阻燃性增強(qiáng)，使電池在使用過程中不易發(fā)燙發(fā)熱，安全性能高；用高分子材料和無機(jī)材料制成復(fù)合膜，能將電池的能量損耗降到5%以下。”</o:p>
但是，這和充電10秒跑4百公里</st1:chmetcnv>的電動車有什么直接的聯(lián)系嗎？原來是這樣的“吳宇平樂觀地表示，預(yù)計(jì)只要短短6秒鐘的時(shí)間，該水鋰電就能充滿30度電，而60度電便能供電動汽車行駛400公里</st1:chmetcnv>。”</o:p>
注： 充電10秒跑400公里</st1:chmetcnv>的充電技術(shù)要求：</o:p>
鋰電池的充電電壓是有固定范圍的,一般在4.2-5 V，要快速充電，只能提高電池的充電電流，10秒充電，要求電池的充電的充電倍率為 360C 以上，也就是說，電流的充電電流需要是電池容量的360倍以上 。
（注：倍率指充放電時(shí)的電流是電池標(biāo)稱容量的多少倍，例：1000mAh的電池，1C倍率充電，意味著充電電流為1000mA，理論上一個(gè)小時(shí)可充滿電，充電時(shí)間 = 1/倍率（單位：小時(shí)）,要在10秒內(nèi)充滿電，充電倍率 = 1/ 充電時(shí)間（小時(shí)） = 3600 / 充電時(shí)間（秒） =360 倍。
目前使用的動力電池模塊，單體電池的容量為20-40A, 以40A的單體電池為例，要在10秒內(nèi)充滿電，則每一塊電池的充電電流需要大于14,400A（40*360C）。
充電電流是電池本身容量的360倍， 這對電池內(nèi)的電極來說，要在這么短時(shí)間內(nèi)將所有的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，正負(fù)極間的化學(xué)反應(yīng)需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成，基本上不可能。
（本文只討論電池快速充電的可行性，不討論充電電源的實(shí)際功率及可行性，有興趣的DX可自行計(jì)算）
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使用金屬鋰作為可充電電池，其實(shí)在幾十年前就有了，但是因?yàn)榘踩詫?shí)在太差，后面全部被鋰離子取代?，F(xiàn)在找了一個(gè)折中的方式使用金屬鋰作為電極，就可以提高容量，減少電池發(fā)熱，提高電池的安全性，可以10秒400公里</st1:chmetcnv>，真的那么給力？</o:p>
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新型電池優(yōu)點(diǎn)分析：</o:p>
1.電阻低，發(fā)熱小</o:p>
使用水性電解液代替非水電解液，理論上電解液的電阻可以提高1-2個(gè)數(shù)量級，所以可以減小電池的內(nèi)阻，因而在提高電池的大電流放電能力上是有用的。電阻低可以減少電池的發(fā)熱。</o:p>
但是，電池的內(nèi)阻并不僅僅由電解液決定，而且在大電流充放電過程中的極化效應(yīng)等影響因素依然存在，所以這種電池在大電流下不可能不發(fā)熱，肯定不可能實(shí)現(xiàn)360C 充電的要求。</o:p>
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2.容量高：金屬鋰片的容量比現(xiàn)在廣泛使用的磷酸鐵鋰，錳酸鋰等鋰化合物要高約10倍以上。 所以新型鋰電池的鋰電極容量高。該新型電池采用了錳酸鋰為負(fù)極，因?yàn)榻M裝后的電池的容量取決于容量小的那個(gè)電極，所以相比現(xiàn)有的電池，新型電池的比容量并不高。 需要找一個(gè)高容量的負(fù)極材料來解決。
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在金屬鋰片上加上兩層膜，由于鋰離子需要從鋰片傳到薄膜，再通過薄膜輸送到水溶液中，這個(gè)過程對于鋰電極的電化學(xué)容量肯定會有影響。因而電極的實(shí)際容量取決外面包覆的薄膜對鋰離子的傳輸能力。具體的影響因素涉及較多的專業(yè)知識，這里不再詳細(xì)討論。但從論文中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中看出，實(shí)驗(yàn)得到的容量并不高。</o:p>
從上面的圖中可看到，新型電池的電壓高，但充放電的容量都不高，低于現(xiàn)有的商用電極材料。
2. 安全性。該電池并未克服傳統(tǒng)鋰子電池的安全性問題。鋰電池在放電的過程中鋰片會溶解成鋰離子，充電過程中鋰離子又會還原成金屬鋰，在這個(gè)還原的過程中由于熱力學(xué)的原因會導(dǎo)致鋰在還原的過程中有枝晶狀的鋰的產(chǎn)生。
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萬一產(chǎn)生了鋰枝晶，刺穿外層薄膜，鋰直接接觸到水性電解液，馬上會和水發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣，同時(shí)大量放熱，極有可能發(fā)生爆炸。因而這種新型電池的安全性與目前的鋰電池相比，安全性不僅沒有提高還可能變差了。
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如果要應(yīng)用在電動車上，如何保證它能在苛刻的條件下安全使用，仍有待研究。</o:p>
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總結(jié)：</o:p>
1、新型鋰電池的研究具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性。</o:p>
2、新型電池看上去很美，但實(shí)際上還需努力，當(dāng)然，絕對不可能實(shí)現(xiàn)10s充電的目標(biāo)。</o:p>
3、新型鋰電池安全性問題很難解決。</o:p>
最后一點(diǎn)，新聞都是很夸張的，從一個(gè)電池原型就推導(dǎo)出 10秒充電，電動車跑400KM的結(jié)論。（理論性能好的材料不少，如果真有這么容易實(shí)現(xiàn)，我們早開上電動車了）
特別提示：買電池概念股的請注意，這種所謂的利好實(shí)際上對電池公司的業(yè)績沒有一丁點(diǎn)幫助。</o:p>
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注：本人不買股票，只是從電池技術(shù)上分析，是否投資請自行決定。</o:p>
PS： 睡覺前重新想了一下，才發(fā)現(xiàn)我把10秒當(dāng)成了10分鐘，所以計(jì)算出來的結(jié)果是錯誤的，現(xiàn)在重新改過來了，這樣一改，總算可以下結(jié)論了，10s充滿電，絕對不可能。
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