为2021年电池技术的新进展做准备

自从1800年伏打发现某些液体能够作为化学反应的一部分产生电流以来，电池时代就此诞生。伏打当时怎么也没想到，他的名字会被用来命名一个单位（这可能是科学家能获得的最大荣誉之一），而他的发现成为了今天所有移动技术的基础。快进到今天，电池的基本结构仍然与1836年首次引入的丹尼尔电池相匹配。

今天，关于电池的讨论集中在它们作为其他技术的使能者上，例如加强可再生能源和电动汽车。尽管电池技术在历史上和近期都取得了进步，但在使电池更环保、更便宜以及在高放电时更安全方面仍然存在许多挑战。然而，许多公司正在开发新的电池材料平台，而不对电池化学进行重大改变。

当今电池的挑战

当今电池和电力存储系统面临的挑战集中在安全性和环保性上。目前最佳的电池化学技术用于电力传输是锂离子电池，它也具有最大的安全隐患，但就容量而言，它仍与镍金属化学相当。由于锂化学已经在电力传输方面提供了一些优势，因此它已成为进一步发展和改进的焦点。尽管有其优点，锂离子电池也有其缺点：

• 寿命：这里，我们指的是电池的整体有用寿命，而不是充电容量。锂离子电池的寿命受到充放电深度、充放电速率、充电周期次数、操作温度和电池单元的几何形状的极大影响。

• 充放电安全：锂离子电池需要一个电力监控和保护电路来防止过热和过充。同样，在放电周期中，保护电路限制放电速率，以防止电池单元的电压过低。

• 形状因素与容量：尽管智能手机变得更薄，但电池尺寸变大以提供更高的容量。因此，更多的组件被整合到SoCs和柔性电路板上，以腾出空间给更大的电池。人们希望在不增加电池物理尺寸的情况下增加容量。

• 可回收性：预计在不久的将来上线的新电动汽车激增引发了对锂离子电池寿命终点的严重关注。可能需要新的材料和电池结构来减少回收锂离子电池所需的能量。

锂离子聚合物电池组提供了灵活的形状因素，具有竞争力的容量和充放电特性。新材料可以实现更高的安全性，提供更高的功率输出和容量。

电池技术的进步始于材料

最近在电池技术方面的进步集中在从碱性化学和镍金属化学转向锂化学。即将到来的电池技术进步主要集中在解决上述挑战的材料上，而不必然是外部电源管理方法和组件。如果你观察电池行业，有两个领域公司正在用新材料创新：电极和电解质。

半孔隙阳极/阴极材料

多孔材料在电池阳极和阴极材料中提供了一些独特的优势，只要它们能提供低电阻和高热导率，后者解决了电动车高功率/高容量电池的主要安全问题。一个阳极材料的例子是用碳纳米带涂层的石墨，可以轻松地整合到现有的锂离子电池阳极中。这种特殊材料的多孔性质提供了更大的活性表面积，这允许更大的电荷通量进出阳极端子，并且比实心石墨电极存储更多的锂离子。

全固态电池

固态电池因为它们允许易燃的液态电解质被非易燃的固态电解质替代而受到关注。锂在这里也很受关注，因为这将允许保持这些系统的化学性质。今年早些时候，三星宣布开发了一种全固态锂离子电池平台。三星的电池使用了银-碳复合材料作为阳极，以抑制金属阳极的枝晶生长。这些电池尚未商业化，尽管已知使用固态电解质比今天商业电池中使用的液态电解质更安全。

像丰田、日产和大众支持的Quantumscape等公司正在为电动车构建自己的固态电池平台。一旦商业化，这些平台可能会成为电动车的游戏规则改变者，因为它们可以在不增加充电时间的情况下提供更长的续航里程和更小的包装。这将重点放回到板设计师身上，以构建最佳的管理系统来支持安全且效率最高的车辆电池平台。

隔离材料

这仍然是一个科学研究领域，因为隔离膜需要具有高耐用性和多孔性。聚烯烃被用作商用锂离子电池的隔离材料，任何新的隔离材料都需要允许高离子交换而不产生过多热量。它还需要具有高机械强度和化学稳定性。研究人员仍在探索新的隔离材料，以满足这些需求，而不会对电池化学或电气特性造成重大变化。

一些隔离膜材料的例子。[来源]

为什么要专注于使用已经商业化的相同材料平台？工业领先电池（碱性或锂化学）中使用的当前化学成分已经过彻底研究和安全认证，这一认证工作是由政府监管机构和电池行业本身完成的。一旦你改变了材料类别，你也就改变了化学成分，广泛的评估过程就会重新开始。因此，许多行业内的人士不愿意远离现有的材料平台；投资和风险都太高了。

随着电池技术的更多进步带来新产品，我们将在这里为您提供最新消息和分析。当您在寻找下一代系统的新型长寿命、高容量电池和电源管理组件时，请使用Octopart中的高级搜索和过滤功能。您将获得一个包含分销商数据和部件规格的广泛搜索引擎，所有这些都可通过用户友好的界面访问。查看我们的电源管理集成电路页面以找到您需要的组件。

通过订阅我们的新闻通讯，与我们的最新文章保持同步。