3 鋰電池發(fā)展的障礙

鋰離子電池也存在許多缺陷：循環(huán)壽命短，充電電路復(fù)雜，對電池內(nèi)部保護電路的要求很高等，尤其對全密封鋁殼封裝的鋰離子電池來說，在其安全保護的設(shè)計上存在一個極其致命的缺陷。

3.1資源緊缺

地殼中鋰元素的比例約為0.0065%，其豐度在各種元素中居第27位。海水中鋰的總儲量達(dá)2600億t，但濃度太小，提煉困難。世界鹽湖鋰資源主要分布 在智利、阿根廷、中國及美國?；◢弬ゾr鋰礦床主要分布在澳大利亞、加拿大、芬蘭、中國、津巴布韋、南非和剛果。印度和法國也發(fā)現(xiàn)偉晶巖鋰礦床，但是不具 有商業(yè)開發(fā)價值，目前世界上只有少數(shù)國家擁有可經(jīng)濟開發(fā)利用的鋰資源。

中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長唐有根表示，即便是鋰的成本和安全性的問題全部解決了，今后用鋰電池替代汽油的話，也滿足不了全部需求，因為這相當(dāng)于用一種緊缺的資源去替代另一種緊缺的資源。

3.2冶煉污染

鋰離子電池中含有的六氟磷酸鋰、聚丙二乙烯(醇)等化學(xué)物質(zhì)會對環(huán)境造成有機污染。其含有的鈷等重金屬元素，也會對環(huán)境會造成危害，尤其是鈷，含量相對較 高，屬于稀有貴重金屬，具有很高的回收價值。雖然鋰電池本身的污染并不嚴(yán)重，但鋰金屬在提取冶煉過程中，對環(huán)境的污染不亞于汽油產(chǎn)生的污染。金屬鋰的工業(yè) 生產(chǎn)方法主要有熔鹽電解法和真空熱還原法。熔鹽電解法系采用氯化鋰為原料，在熔融電解槽內(nèi)電解時分解為金屬鋰和氯氣，在陰極析出鋰，在陽極析出氯氣。電解 進行時，氯化鋰離解為鋰離子，向陰極移動并放電，形成的金屬鋰通過熔鹽逐漸上升到電解槽表面或到鋰收集室。在陽極析出的氯氣通過熔鹽上升至出口排出或收 集。該法的最大缺點是電解時產(chǎn)生氯氣污染嚴(yán)重，且產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，生產(chǎn)成本高。

3.3安全問題

專家認(rèn)為，市場上多半使用的高容量鋰電池由于化學(xué)成分的不同，在發(fā)生質(zhì)量問題時，容易出現(xiàn)爆炸傷人事故。而相對安全的是鎳氫和鎳鎘電池。鋰元素過于活躍， 它使用時不太安全，經(jīng)常會在充電時出現(xiàn)燃燒、爆裂的情況，后來經(jīng)過改進型的鋰離子電池，加入了能抑制鋰元素活躍的成分，從而使鋰電提高安全標(biāo)準(zhǔn)和高效。

在鋰電池發(fā)展過程中，因為采用的正負(fù)極材料及其配方不同，出現(xiàn)過爆炸、燃燒等不安全現(xiàn)象。主要是負(fù)極采用金屬鋰，經(jīng)循環(huán)后產(chǎn)生枝晶，致使短路，出現(xiàn)燃燒爆 炸；而正極材料采用鈷酸鋰或鎳鈷鋰等，其化學(xué)活潑性較高，在石墨負(fù)極的配合下，一旦出現(xiàn)高溫，容易發(fā)生爆炸燃燒。儘管實際發(fā)生的概率在十萬分之一或百萬分 之一以上，但由于以手機及筆記本電腦等為主的電子消費品數(shù)量極大，使用范圍極廣，因此累計發(fā)生的安全事故絕對數(shù)量使人們感覺很多。由于這些電子消費品是人 們?nèi)粘Ｉ钕喟?，不可或缺的用品，一旦發(fā)生安全問題，影響很大，致使人們「談鋰電池色變」。這種在電子數(shù)碼產(chǎn)品中使用的鋰電池的安全問題形成一種成見，開 始影響電動助力車用鋰電池。

?鋰離子電池的安全設(shè)計過分依賴其內(nèi)部電子安全保護芯片，而沒有設(shè)置必要的物理安全保護措施。在充電以及使用的過程中，一旦出現(xiàn)其安全保護芯片失效的故 障，后果是不堪設(shè)想的，輕則出現(xiàn)電池內(nèi)部氣體積聚引起電池體漲鼓現(xiàn)象，重則可能因為發(fā)生電池內(nèi)部短路等等異常而導(dǎo)致電池爆炸的悲劇發(fā)生。

3.4成本問題

相對于鉛酸蓄電池，鋰電池用于電動助力車的成本較高是一個突出的特點，也是影響鋰電池大規(guī)模替代鉛酸蓄電池用于電動助力車的關(guān)鍵。

鋰電池的正極材料、負(fù)極材料、集流體、隔膜、電解質(zhì)等主材價格比鉛酸蓄電池高出很多，其組裝輔材和外部電路系統(tǒng)成本則是鉛酸蓄電池幾乎沒有的。雖然鋰電池 由于能量遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池，因此單位功率的原輔材料成本并沒有表現(xiàn)出來的成本差距那麼大，但是二者的材料成本差距確實存在，而且差距以倍數(shù)計。由于制作工 藝的原因，鋰電池的人工成本比較高。在制造成本中，鋰電池的人工成本佔40%以上，而鉛酸蓄電池的人工成本一般為10%～20%。鋰電池在生產(chǎn)中大部分過 程是不可逆的，而鉛酸蓄電池是可逆修復(fù)的，因此鋰電池的總體合格率較低。鉛酸蓄電池使用之后的回收價值在40%以上，而鋰電池的回收價值幾乎是零。

4 鋰電池的市場前景

目前動力電池主要是鎳氫電池和鋰電池2種形式，混合動力電池目前多采用鎳氫材料，但由于鎳氫電池的一些技術(shù)性能已經(jīng)接近理論極限值，因此并不被認(rèn)為是未來 的發(fā)展方向。相對而言，鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量密度大、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長，得到廣泛的認(rèn)可。

自從商業(yè)化以來，鋰離子電池不斷攻城略地，已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應(yīng)用。鋰電池電解液目前主要用于手機、數(shù)碼相機、手提電 腦等電子產(chǎn)品以及礦燈，約佔鋰離子全部使用量的90%；已經(jīng)獨霸手機和手提電腦等高端市場，成為各類電子產(chǎn)品的主力電源。電子產(chǎn)品、礦燈等用鋰電池的需求 將保持每年10%的穩(wěn)定增長。

目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用。雷天鋰離子動力電池與汽車產(chǎn)業(yè)巨頭一汽集團合作，重點開發(fā)鋰離子電動商務(wù)中巴、鋰離子電動豪華大巴、 鋰離子電動城市大巴3種車型，并在長春和無錫生產(chǎn)基地投產(chǎn)，計劃2009年大批量生產(chǎn)。安裝「雷天」鋰離子動力電池的大客車，充電20min即可以 130km時速行駛300km左右路程，而每行駛100km耗電僅18度。日本及海外汽車廠商紛紛開始在乘用車上采用鋰離子充電電池。在日本國內(nèi)廠商中， 豐田汽車、富士重工業(yè)、三菱汽車已經(jīng)決定采用，而在歐美，戴姆勒也表示采用。德國奧迪、美國通用汽車也準(zhǔn)備在 2010年采用。

在目前的混合動力汽車及未來的電動汽車改采用或?qū)⒉捎玫碾姵刂?，存在著鎳氫電池與鋰電池之爭。與鋰電池相比，鎳氫電池具有續(xù)航能力不足以及不能外插式充電 等缺陷。市場分析人士認(rèn)為，隨著鋰電池技術(shù)的提高，以及大規(guī)模制造導(dǎo)致成本降低，未來有可能替代鎳氫產(chǎn)品成為HEV動力電池的主流。鋰電池代表的是混合動 力汽車動力電池的未來，而目前從成本和商業(yè)化的角度看，更現(xiàn)實的選擇是鎳氫電池。鎳氫動力電池剛剛進入成熟期，是目前混合動力汽車所用電池體系中唯一被實 際驗證并被商業(yè)化、規(guī)?；碾姵伢w系，全球已經(jīng)批量生產(chǎn)的混合動力汽車全部采用鎳氫動力電池體系。

現(xiàn)有混合動力電池99%的市場份額為鎳氫動力電池，商業(yè)化的代表是豐田的普銳斯。預(yù)計，到2020年前，非鎳氫混合動力電池的佔有市場份額不到20%，鎳氫混合動力電池的市場前景看好。在未來的8～10年，鎳氫動力電池仍是新型混合動力汽車的動力電池體系的主導(dǎo)產(chǎn)品。

有關(guān)專家曾樂觀地預(yù)期，至2016年鋰離子電池市場總產(chǎn)值有望挑戰(zhàn)100億美元。預(yù)計將成為21世紀(jì)電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛(wèi)星、航空航 天和儲能方面得到應(yīng)用。其未來的市場前景十分廣闊，被視為21世紀(jì)發(fā)展的理想能源。作為伯克希爾·哈撒韋公司的董事長，世界股神沃倫·巴菲特就曾劍指新能 源動力。2008年9月巴菲特旗下的中美能源宣布以2.32億美元購入比亞迪約2.25億股，鋰電池的魅力由此可見一斑。