锂离子电池的创新之路有多远？

无论哪个牌子的智能手机，假如持续使用，续航都超不过6~8个小时，于是“超长待机”成为手机厂商的一大竞争点;而面对市场上众多品牌的电动汽车型，单次充电续航里程也成了消费者购买电动汽车的重要衡量标准，甚至“里程焦虑”(RangeAnxiety)这样的词汇也应运而生。

电池，俨然是现代生活的必需品，但却迟迟跟不上前沿科技快速前进的脚步，成为人们生活中的一大焦虑，所以电池产业亟待一场能够带来翻天覆地变化的革命力量。

目前，大多数移动电子设备和电动汽车都采用锂离子电池。业内专家认为“锂离子电池是一种近乎理想的电池”，因为锂是地球上重量最轻的金属，相比铅、锌和镍镉这些比重更大的替代品，它携带电子的能力更胜一筹。此外，锂离子电池不会出现镍镉电池的“记忆效应”，所以完全不必等电量耗尽，随充随用也不用担心会对电池造成伤害。

现在的焦点其实在锂离子电池自身的相对短板上。锂元素过于活泼导致安全性问题，能量密度偏低，储电成本偏高等。

尽管目前很多科研人员都在努力尝试，时常会有一些相关的研究新成果公布，但面对的重要问题在于如何将理想化的实验成果转化为可大批量生产的、日常生活能够使用的电池产品。由于在电极材料的选择和制造工艺上，并无大幅改观，因此不少科学家对锂离子电池能量密度是否能在现有水平上得到进一步提升，仍持保留意见。

目前美国劳伦斯伯克利国家实验室电化学技术小组负责人VincentBattaglia博士领导的实验小组正在研究一种名为“过渡金属”(transitionmetals)的材料。这是一种由金属锰、镍、钴和石墨组成的混合物，可用来充当锂离子电池的电极。Battaglia表示只要找到上述四种金属的最佳配比，就能够有效提高原有锂离子电池的能量密度。相比开发一款全新电池产品所耗费的精力和财力，这种“借力”的方式更为可取。

其他机构的研究人员则探索了多种提高电池能量密度的方式。来自美国斯坦福大学的崔毅和他的同事们正在开发一种薄膜，它的厚度只有原子大小，可用来包裹电池阳极。据悉，经过薄膜包裹处理后的阳极能够承载锂离子的数量大幅新增，同时搭配用硫制成的阴极(硫，和金属锂类似，有着很高的能量密度)，其存储的电能总量约为同质量锂离子电池的5倍。

无独有偶，美国橡树岭国家实验室的梁诚度(音译)及其研究团队有着类似的实验成果。他们正在开发的一款锂硫电池并没有采用传统液态或胶状的电解质，而是“剑走偏锋”的使用了固态电解质，这使得电池本身会变得更加稳定，即使能量密度大幅提升也不用担心出现过热起火的事故。不过遗憾的是，即便这些电池目前已经具备了商业化的条件，但在正式推向市场之前，还有着很长的一段路要走。

其实，一些体积非常小的固态电池在小型装置和传感器上并不陌生，它们经常被用作微型芯片的备用电源。不过这种固态电池的生产方式和传统锂离子电池大为不同，和半导体的制作工艺颇为相似，即将电池材料通过“印刷”的方式置于底层基板上。

尽管这种固态电池的能量密度极高，但如若生产用于手机和电动汽车使用的大型产品，成本造价则太过昂贵。为此，已经有很多公司在积极尝试改变这一现状。Sakti3作为密歇根州本土的一家电池供应商，目标是将“锂硫电池”每千瓦时的储能费用降至100美元左右，而英国知名吸尘器制造商戴森近日则为这家公司注资1500万美金，用于支撑该研究项目的进行。此外，德国大众集团数月前曾购入一家位于硅谷、致力于固态电池研究的初创公司——QuantumScape的5%股权。

从理论上来看，锂空气电池的能量密度最高，而空气的使用则会大幅降低该电池的重量。尽管研究人员数年一直在尝试制作类似的锂离子电池，但目前还只是停留在试验阶段，尚无任何可投入商用的重大成果推出。

尽管目前锂离子电池技术并未实现任何创新性的突破，且面对其他种类电池的冲击，但从20世纪90年代第一块索尼电池的推出，到今天智能手机、笔记本电脑的普及，锂离子电池应用范围的扩张趋势不可阻挡。目前我们所期待的，正是锂离子电池在实验室中的创新突破，何时能够走上工业化的道路上来。