鋰離子電池為何成為儲能電池的“頂流”

2024年，全球鋰離子電池出貨量超1.3太瓦時。我國鋰離子電池總產(chǎn)量1170吉瓦時，同比增長24%；行業(yè)總產(chǎn)值超過1.2萬億元，鋰離子電池裝機量（含新能源汽車、新型儲能）超過645吉瓦時，同比增長48%。鋰離子電池、光伏產(chǎn)品和電動汽車“新三樣”，已經(jīng)成為我國出口產(chǎn)品的亮麗名片。

電池儲存電能的能力，取決于其儲存單位電子所需要的質量。元素的荷質比（即單位質量所對應的電荷量）越大，在有限空間或質量中儲存的電能越多。在無毒無害且具有電化學活性的元素當中，鋰元素是荷質比最高的固體元素，這種特性讓鋰成為高能量密度電池的一種關鍵材料。

在鋰離子電池中，鋰元素是以化合物的形式嵌入在多層結構的正、負極中的，大多數(shù)情況下為+1價，即鋰離子狀態(tài)。它的工作原理“脫嵌反應”，就像圖書館的“書籍借還”系統(tǒng)：鋰離子在電池的正負極之間來回穿梭，充電時從“正極書架”搬到“負極書柜”（從正極脫出，向負極嵌入），放電時又原路返回（從負極脫出，向正極嵌入）。中間的電解質如同圖書管理員，確保搬運過程井然有序。更神奇的是，電池內部自帶充當“防盜門”的界面保護膜（SEI膜），讓這些“能量書籍”能夠長期穩(wěn)定保存。能夠以高能形式長期穩(wěn)定工作，是鋰離子電池在儲能領域脫穎而出的根本原因。

鋰離子電池還具有成本低廉的優(yōu)勢。其正極采用過渡金屬元素的氧化物，在地殼中的儲量較大；其負極采用常見的石墨材料，成本較低。在汽車領域，鋰離子電池的制造成本已經(jīng)能夠與內燃機動力系統(tǒng)競爭。按照百公里用電量20千瓦時計算，電池充電僅需要20元左右；而按照油價計算，百公里油耗成本可能超過50元。2024年，我國新能源汽車月銷量占比首次超過燃油車，標志著新能源車正成為市場主流，這也是全球汽車行業(yè)轉型升級的重要里程碑。

當前，鋰離子電池在消費類電子領域的應用已趨于成熟，相關產(chǎn)品更新?lián)Q代較快，因此對電池壽命的要求并不高。科研攻關的主要方向，在于如何提高比能量、比功率，以延長電子產(chǎn)品的續(xù)航時間，提升充電速度。對此，科學家正在研究采用石墨摻硅的方式獲得更高的電池比能量，同時在電極材料中增加高導電、導離子材料，以提升電池的充電速度。

新型儲能接下來要實現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、市場化發(fā)展，仍需在固態(tài)化、安全化、智能化等方面下功夫。圍繞著“材料創(chuàng)新、安全保障、智能優(yōu)化”的發(fā)展周期，鋰離子電池正在不斷進化，提升用戶體驗。傳統(tǒng)鋰離子電池主要采用有機液態(tài)電解質，而有機電解質易燃，因此關鍵材料創(chuàng)新要靠采用本征不可燃的固態(tài)電解質來實現(xiàn)。安全保障方面，科學家持續(xù)提升電池的能量密度和最大容量，擴展鋰離子電池的性能邊界，同時保證電池的安全使用。與此同時，業(yè)界正在探索使用AI算法尋找新型鋰離子電池材料，優(yōu)化電池的制造過程，提升電池全生命周期的管控效率，加速鋰離子電池的正向設計過程。

這場科技的馬拉松永無止境：中國科學院物理研究所團隊孵化的北京衛(wèi)藍新能源科技股份有限公司，研發(fā)出本質安全的固態(tài)儲能電池，通過長壽命電池體系搭建技術、“呼吸式”技術，控制電極界面始終處于最優(yōu)狀態(tài)，顯著延長了固態(tài)電池的壽命，在新能源汽車、儲能電站、游艇中得到應用；清華大學材料學院孵化的清陶（昆山）能源發(fā)展集團股份有限公司，聚焦固態(tài)鋰離子電池及其關鍵材料研發(fā)，采用納米級固態(tài)電解質、復合正負極材料等技術，實現(xiàn)超高能量密度與長壽命性能的兼顧，相關電池產(chǎn)品在新能源汽車、特種儲能等領域得到廣泛應用。這些“黑科技”讓我們相信，下一代電池正從科幻變?yōu)楝F(xiàn)實。

值得一提的是，我國正在積極探索新能源汽車與電網(wǎng)雙向互動（V2G），通過充換電設施與供電網(wǎng)絡相連，未來新能源汽車將在電網(wǎng)調峰中發(fā)揮更大作用。以鋰離子電池為核心的新型能源系統(tǒng)藍圖還在不斷擴展，存在無限可能。隨著“雙碳”目標的推進，我國能源結構持續(xù)向綠色低碳轉型，國內各個企業(yè)正多線布局儲能賽道，在多種差異化技術路徑中積極實踐，為儲能發(fā)展瓶頸提供不同的解決方案。截至2024年年底，我國新型儲能累計裝機規(guī)模超過70吉瓦，約為“十三五”末的20倍。這場儲能革命不僅是技術之爭，也是國家能源安全的戰(zhàn)略布局。