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下文转自新车评网
新型锂电充电10秒电动车跑4百公里，电动车的春天来了吗？
“充电时间只要10秒，续航里程达400公里，让电动汽车和普通汽油在性能上差别不大时代即将到来。最新一期《自然》杂志子刊《科学报道》刊发了复旦大学吴宇平教授课题组关于水溶液锂电池体系的最新研究成果。记者从复旦大学昨天举行的新闻发布会上获悉，短短几天，已有美国新能源汽车开发的相关机构发出合作请求。复旦学者希望将这一成果尽快在国内运用，推动新能源车产业的加速发展，同时为治理空气污染发挥积极作用。
此次，由吴教授团队开发的新型水锂电池体系采用复合膜包裹金属锂，以水溶液为电解质，可大幅降低电池的成本，提高其能量密度，从而使电池充电时间更短，储存电量更多，耐用时间更久。记者了解到，现在市面上售卖的电动汽车出行距离为150-180公里，而装备这一新型水锂电的电动汽车，它的行驶距离有望达到400公里。最值得一提的是，目前市面上电动汽车的充电时间需要8个小时，而装备这一新型水锂电的电动汽车一次充电只需要10秒钟左右。此外，新型水锂电的制造成本也只有目前市面上电动汽车锂电池的一半价格。这样一来，电动汽车和普通汽车在性能上的差异不再明显。其环保优势将更具市场吸引力。“这种新型水锂电池一旦产业化后，将能彻底解决目前新能源电动车存在的安全隐患、成本高、行驶里程短等三大制约其产业发展的主要难题。”吴教授说。
吴教授告诉记者，这一成果一经《自然》杂志子刊《科学报道》上刊发后，短短几天，已经有美国新能源汽车开发的相关机构发出合作请求，但复旦方作为拥有原创知识产权方，更希望寻求与国内企业合作，尽快将这一成果在国内运用，推动新能源车产业的加速发展，同时为治理空气污染减少PM2.5颗粒物的排放发挥积极作用。
据介绍，新型水锂电还可以广泛运用于手机、笔记本电脑、大型制造设备等领域。和传统锂电池相比，它的另一个显著的优势是不容易发烫发热，大大降低了安全隐患。”
复旦，《自然》，《科学报道》，几个大牛的名词砸下来，估计大多数人都会发昏，不得不信，可是，中国的科技真的有那么NB吗？这是不是又一次的“亩产13万斤”？
本着严谨求实的精神，我们先去看看《自然》杂志子刊《科学报道》是如何报道最新水性锂电的。该论文为开放论文，有兴趣可去自然杂志的网站下载
这篇论文摘要的主要内容翻译如下：
以表面包覆的Li金属为正极，锰酸锂为负极， 0.5 mol/ L 硫酸锂水溶液作为电解液组成可充电锂离子电池（ARLB）。此电池电压约4.0 V，是水性电池的一个重在突破（水性电池的稳定电位窗口为1.229 V）. 除第一循环外，这种电池的循环性能非常优异，库仑效率为100％。它的能量密度可达到446 Whk/g，高于传统的锂离子电池约80％。它的能效可达95％以上。此外，它的成本低，安全可靠。
小知识： 锂电池的电压为2.5-4V，如果使用水溶液作为电解液，在此电压条件下，水会分解成氢气与氧气，因此现在的锂电池都是使用非水有机溶剂作为电解液，由于有机溶剂挥发性强，导电性差，所以锂离子电池的高温性能和大电流充放电性能相对较差。由于锂非常活泼，所以锂电池的安全性相对镍氢等水性电池差。
新闻中提到的这篇论文的创新性在于使用 Li金属用于水性电解液里制备锂离子电池。高中有个实验，把碱金属钠放到水中，钠会在水面上打转，与水反应生成氢气。锂也具有同样的性质，所以使用金属锂做为电极的电池中不能用水溶液来作电解质。
论文中，先在金属锂（正方形：2×5×0.5cm）表面涂覆一层自制凝胶聚合物电解质（约0.2 mS / cm的离子导电率）。然后再涂上一层150μm的LISICON薄膜（日本生产,主要成分：Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2，离子传导率0.1mS/cm），用做电池的正极。电池负极为常见的锰酸锂，电解液是 0.5 mol/ L 硫酸锂水溶液。
因为做为正极的金属锂片外面有一层可传导离子的薄膜，锂片没有直接和水溶液接触，所以可以使用水溶液作为电解液。相对于传统的非水锂电池来说，这个实验是很有创新性的。
文章提到这种新方法有几个优点：1.循环性能好，2，能量密度高，3. 能量效率高
同一新闻，另一则网上的报道：“据称，新型的水锂电采用水溶液作为电解质，阻燃性增强，使电池在使用过程中不易发烫发热，安全性能高；用高分子材料和无机材料制成复合膜，能将电池的能量损耗降到5%以下。”
但是，这和充电10秒跑4百公里的电动车有什么直接的联系吗？原来是这样的“吴宇平乐观地表示，预计只要短短6秒钟的时间，该水锂电就能充满30度电，而60度电便能供电动汽车行驶400公里。”
注： 充电10秒跑400公里的充电技术要求：
锂电池的充电电压是有固定范围的,一般在4.2-5 V，要快速充电，只能提高电池的充电电流，10秒充电，要求电池的充电的充电倍率为 360C 以上，也就是说，电流的充电电流需要是电池容量的360倍以上 。
（注：倍率指充放电时的电流是电池标称容量的多少倍，例：1000mAh的电池，1C倍率充电，意味着充电电流为1000mA，理论上一个小时可充满电，充电时间 = 1/倍率（单位：小时）,要在10秒内充满电，充电倍率 = 1/ 充电时间（小时） = 3600 / 充电时间（秒） =360 倍 。
目前使用的动力电池模块，单体电池的容量为20-40A, 以40A的单体电池为例，要在10秒内充满电，则每一块电池的充电电流需要大于14,400A（40*360C）。
假设一个动力电池组由70片容量为40Ah的电池串联组成，每个电池的电压为3V，电池组的电压为210V, 要在10秒内充满电，每粒电池的充电电压为5V, 充电电流为240A, 70粒电池所需的总电流为14,400*70=100,800A.
（本文只讨论电池快速充电的可行性，不讨论充电电源的实际功率及可行性，有兴趣的DX可按上述知识自行计算）
使用金属锂作为可充电电池，其实在几十年前就有了，但是因为安全性实在太差，后面全部被锂离子取代。现在找了一个折中的方式使用金属锂作为电极，就可以提高容量，减少电池发热，提高电池的安全性，可以10秒400公里，真的那么给力？
新型电池优点分析：
1.电阻低，发热小
使用水性电解液代替非水电解液，理论上电解液的电阻可以提高1-2个数量级，所以可以减小电池的内阻，因而在提高电池的大电流放电能力上是有用的。电阻低可以减少电池的发热。
但是，电池的内阻并不仅仅由电解液决定，而且在大电流充放电过程中的极化效应等影响因素依然存在，所以这种电池在大电流下不可能不发热，肯定不可能实现360C 充电的要求。
2.容量高：金属锂片的容量比现在广泛使用的磷酸铁锂，锰酸锂等锂化合物要高约10倍以上。 所以新型锂电池的锂电极容量高。该新型电池采用了锰酸锂为负极，因为组装后的电池的容量取决于容量小的那个电极，所以相比现有的电池，新型电池的比容量并不高。 需要找一个高容量的负极材料来解决。
在金属锂片上加上两层膜，由于锂离子需要从锂片传到薄膜，再通过薄膜输送到水溶液中，这个过程对于锂电极的电化学容量肯定会有影响。因而电极的实际容量取决外面包覆的薄膜对锂离子的传输能力。具体的影响因素涉及较多的专业知识，这里不再详细讨论。但从论文中的实验数据中看出，实验得到的容量并不高。
从上面的图中可看到，新型电池的电压高，但充放电的容量都不高，低于现有的商用电极材料。
2. 安全性。该电池并未克服传统锂子电池的安全性问题。锂电池在放电的过程中锂片会溶解成锂离子，充电过程中锂离子又会还原成金属锂，在这个还原的过程中由于热力学的原因会导致锂在还原的过程中有枝晶状的锂的产生。
万一产生了锂枝晶，刺穿外层薄膜，锂直接接触到水性电解液，马上会和水发生反应，生成氢气和氧气，同时大量放热，极有可能发生爆炸。因而这种新型电池的安全性与目前的锂电池相比，安全性不仅没有提高还可能变差了。
如果要应用在电动车上，如何保证它能在苛刻的条件下安全使用，仍有待研究。
总结：
1、新型锂电池的研究具有很强的创新性。
2、新型电池看上去很美，但实际上还需努力，当然，绝对不可能实现10s充电的目标。
3、新型锂电池安全性问题很难解决。
最后一点，新闻都是很夸张的，从一个电池原型就推导出 10秒充电，电动车跑400KM的结论。（理论性能好的材料不少，如果真有这么容易实现，我们早开上电动车了）
特别提示：买电池概念股的请注意，这种所谓的利好实际上对电池公司的业绩没有一丁点帮助。
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发表于 2013-3-17 12:44:39
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发表于 2013-3-17 13:18:30