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锂电池为什么会如此受欢迎,即将让汽油车走

来源:平板车 时间:2025/7/24
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锂金属的化学特性活泼,使得对其加工、保存、使用的环境要求非常高,因此锂电池长期没有获得有效的应用,但随着二十世纪末微电子技术的发展,小型化的设备日益增多,锂电池随之进入大规模的实用阶段。究竟锂电池是具备了哪些独特条件,才能在这竞争的电池市场中脱颖而出,未来电池技术的研发有哪些条件是需要克服的呢?二次电池的镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池与本文的主角锂电池都是如此。电池的结构其实相当简单,主要就是正极与负极,我们使用的能量便是存储在此正、负极之间,刚刚提到的命名则一般直接由正、负极的两种材料来决定。举例来说,锌锰电池的正极是锰(二氧化锰),负极是锌。用过即丢的电池称为一次电池,一次电池由于无法重复使用、能量密度低又不环保,因此现在已经鲜少在使用,顶多剩下一些比较低端的电器、玩具等,总共仅占整体市场约20%。二次电池代表的是可以重复充放电,也就是可以重复使用。整体市场约80%都是二次电池,其中二次电池中的锂电池虽然最晚商业化,但由于能量密度高且无记忆效应,现在各种3C产品几乎全部使用锂电池,占了二次电池市场的四成。而另外六成暂时还没有被锂电池攻下来的,目前是被铅酸电池占据着。铅酸电池由于挟带非常低廉的成本优势,大量使用在汽机车的启动电瓶、电动自行车、不断电系统等。尽管如此,铅酸电池仍然面对了来自锂电池非常大的压力,试想,未来如果是电动汽车的世界,那我们还需要启动电瓶吗?电池性能好不好?要符合以下6大要点要成为有潜力的电池,首先必须有高能量密度,我们依次来说明:解密锂电池材料,是什么让它成为完美电池?要找到能符合以上所有条件的电池,就像找到超完美娇妻一样,目前人类能找到最接近的,没意外,就是她—锂电池。跟别的电池不同,锂电池这名字看起来就不像有两种材料,这是怎么一回事?其实锂是指锂电池内传递能量的媒介锂离子,而锂离子就像游泳选手一样,不断在正、负极间来回游动,当锂离子游到负极,就是充电;当锂离子游到正极,就是放电。而让锂离子游动的游泳池的水,就是电解液。实务上,为了避免正、负极直接接触导致短路而烧起来,中间会插入一层高分子做成的隔离膜用以分隔正、负极。也就是说,锂电池的正负极材料其实另有他人。锂电池内的正极材料组成相当复杂,而负极材料则相对简单,目前商用负极主要以石墨类占大宗,超过九成以上。根据不同的来源,又可以分成天然石墨(NG)、人造石墨(AG)两大类,某些特殊应用如快充放等,会使用软碳(SC)、硬碳(HC)、中间相微碳球(MCMB)等,这些也属于广义的石墨负极。正极材料总类就多了,但大体上可以分成三大类:钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)与三元材料(NMC)。其中钴酸锂发展最早,市场也最成熟,多半被应用在数字产品、小家电等,但近年钴价大涨导致成本抬高许多,加上电池性能发展遇到瓶颈,因此逐渐被后两者取代。磷酸铁锂特性则是寿命长、安全性高、成本低廉,但它有个致命的缺点,就是能量密度较低。去年()中国对锂电池能量密度的补助门槛提高后,市场急冻,导致许多材料厂关门大吉。目前磷酸铁锂多半被使用在小型储能电池或是对续航力较不要求的短程电动大巴、电动自行车等,部分使用在汽机车的启动电瓶。三元材料的特性则刚好与磷酸铁锂相反:寿命短,短磷酸铁锂约一半的使用期、安全性也没有磷酸铁锂高、成本也高,较磷酸铁锂高约两倍,但三元材料有个最强悍的优势—能量密度高,高了磷酸铁锂一半以上,因此在要求续航力的平板手机等数字产品,或是我们最哈的电动汽车等,市场都被三元材料主宰。还不能放宽心!锂电池即使技术完胜,外场选手仍虎视眈眈锂电池技术在过去十几年来大跃进,能量密度和寿命是以前的十倍,价格却十分之一不到,让对手一个一个被淘汰出局。不过,电池的球赛现在才四局下半,谁会取得最后的胜利还很难说。如能量密度是石墨(Ah/Kg)十倍的硅材料(3,Ah/Kg)、充电速度是石墨数倍的石墨烯、寿命是石墨十倍(1,次)的钛酸锂(10,-20,次),还有整实例系大改的锂硫电池、锂空气电池、固态电池,甚至还有许多非锂系的外卡选手在场外虎视眈眈,如成本较低廉的钠、镁电池,寿命较长的铝电池等,都以不可思议的速度发展中。看懂电池技术只是基本功,接下来绿色创业家社群马上要来讨论台湾的电池产业各自的站位,哪些公司已经卡了哪些位置,以及为了要有更好的站位,我们接下来应该如何发展。这种讨论适合想赚大钱的投资者、找工作的年轻人、跃跃欲试的绿色创企业,或是运筹帷幄的管理者,我们都需要用更大的视角,才能判断出哪个领域更适合投资你的时间和金钱。

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