眼花缭乱的锂电池黑科技，原理万变不离其宗？

　　人类社会使用能源的历程，从40亿年前到200年前工业革命，都是使用的光合作用；而瓦特发明蒸汽机，二次工业革命的内燃机，人类开始使用煤炭和石油等化石能源。而到最近，人类对能源讲究综合利用，要求对能源高效的采集、储存、运输。

　　而人类采集所有能源，都首先转化为电能。储存电能成为利用能源的重中之重，其中又以电化学装置为主，从电容器到电池，到燃料电池，再到超级电容器。不同的应用会使用不同的电化学装置。

　　卢云峰教授在“智慧能源国际论坛”讲到，电池的种类是五花八门，但目的其实殊途同归，都是想把功率做大、能力密度做高，寿命做长。那如何把电池做好？回到自然界就明白，因为光合作用就是地球上最最原始的能量转换过程。

　　阳光在叶绿素上将水分解为电子和质子，电子有电子通道，质子有质子通道。通过内部合成，把二氧化碳变成碳氢材料。这个过程中最重要的就是要有相互独立的质子、电子通道。

　　这个对锂电池来说也是一样，锂离子电池最早就是磷酸铁锂对石墨。负极用石墨，正极用磷酸铁锂。放电时，嵌在石墨里头的锂失去电子，变成锂离子，跑出来与磷酸铁变成磷酸铁锂。

　　而锂离子和电子的关系是相互依存的，没有电子就没有离子，没有离子就没有电子，两者之间速度慢者决定了电池的功率。此外，锂离子通道和导电线路的稳定性影响着电池寿命。

　　从这过程可以看出来，要把锂离子电池做成能量密度高，功率高，寿命也长的电池，建立高效稳定的离子电子通道很重要。

　　而建立高效独立的离子电子通道可以从材料上下功夫。锂离子电池材料一般导电性不佳，而涂炭可增加导电性；锂离子的通导性也不够好，则可以把颗粒做小，如此一来，锂离子不用移动过长的距离，这也是为何市场上锂电池电极材料越做越小的原因，此外，小颗粒能让结构更加稳定。

　　目前对锂电池的科研方向，大多也是如此。对于电极材料需要导离子，也需要导电子。科研的解决方案，一个是用石墨烯，一个是用碳管，当然也可以用其他的碳合材料。然后把材料做成纳米颗粒，或者纳米线再与碳管复合在一起，如此就实现了导电子导离子的过程，同时还能把结构做的很稳定。

　　以纳米线为例，纳米线与与碳管交叉在一起的复合结构，导电性非常好，是用于超级电容的绝佳材料。为了让导离子的速度更快，还采用用了五氧化二钒，它是一种层状材料，本身就拥有很大的空间，而我们可以把层间距进一步从0.35纳米扩大到0.45纳米，这样锂离子跑的更快。这种复合物不仅可以作为超级电容的材料，还能作为钠电池、钠电容的材料。毕竟钠比较便宜，储量也远多于锂。

　　纳米颗粒也是殊途同归，但研究的更多。除了将纳米颗粒与碳管直接混合，还有一种方法就是将很小的纳米颗粒，做成球型和碳管组装起来。这样的结构，能使电池的倍率更高，寿命更长。

　　值得一提的是，纳米颗粒很多时候都是做成亲油性的，也就是天然斥水。而另一种则是亲水，这就需要特殊的处理办法。通常情况下的碳管容易吸附丙烯酸，那在纳米颗粒与碳管复合时就可以先让碳管吸附一点丙烯酸。

　　此外，还有一种更简单的方法叫喷雾干燥。也就是把纳米颗粒、碳管或者导电的东西，直接进行喷雾干燥，做成一个个颗粒。这样有一个好处就是，在喷雾过程中，碳管会伸出来和氧化铁之类的材料形成一种特殊结构，使得材料外部不导电，而内部却有良好的导电性。这个技术原理跟喷雾奶粉一样，极易工业化。

　　电池材料不仅有正负极，电解液也是极为关键的。目前科研人员研究出了一种添加剂，能实现电解液中的负离子不动，只有正离子移动，如此一来，锂离子移动速度将成几何倍数的提高，电池可以高倍率的充放电，实现快充。