【干貨】鋰電的最終形態(tài)——鋰空氣電池

如果說鋰硫電池是替代鋰離子電池的下一代鋰電，那么鋰空氣電池將是鋰電的最終形態(tài)。

從鋰電誕生到應(yīng)用才短短的幾十年，然而電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸替代化石能源。尤其是動(dòng)力電源與3C設(shè)備對(duì)鋰離子電池有著源源不斷的需求。而目前的LiCoO2材料（理論比容量275mAh/g）始終制約著鋰離子電池的發(fā)展和應(yīng)用。目前商業(yè)發(fā)展中，Tesla和比亞迪作為電動(dòng)汽車的領(lǐng)頭行業(yè)，分別選擇三元正極材料和LiFePO4為鋰離子電池正極材料。但Tesla依舊使用松下制作提供的18650電芯，以上千個(gè)電芯組裝電池包，為汽車提供動(dòng)力。同樣，LiFePO4 由于理論容量只有170mAh/g，且振實(shí)密度低，比亞迪所推出的汽車多數(shù)還是油電混合的過渡狀態(tài)。2016年5月10日，比亞迪在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示，公司未來的插電式混合動(dòng)力汽車將嘗試使用三元鋰電池。廣受追捧的iphone 6S也因1715mAh的電池飽受爭(zhēng)議，而后期推出的iPhone 6s Smart Battery Case更是顯現(xiàn)了蘋果公司在電源部分的短板。

目前人們急需一種高性能的新型電池，2012年，牛津大學(xué)的Peter George Bruce教授在Nature發(fā)文提出新一代的高性能電池是鋰硫電池和鋰空氣電池。如果說鋰硫電池是替代鋰離子電池的下一代鋰電，那么鋰空氣電池將是鋰電的最終形態(tài)。

鋰空氣電池原理

鋰空氣電池（Li-Air battery）正極為空氣，負(fù)極為金屬鋰。傳統(tǒng)商業(yè)化以LiCoO2為正極的鋰離子電池的理論比容量為273.8mAh/g，能量密度為360 Wh/kg。而鋰空氣電池由于是一個(gè)開放體系，空氣電極沒有極限，因而理論容量大于其它封閉式電池。（以反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)i2O計(jì)算非水系能量密度為3505Wh/kg，水系以LiOH計(jì)算為3582Wh/kg，能量密度為L(zhǎng)iCoO2電池的十倍左右）

鋰空氣電池電解液不同，具有不同的反應(yīng)方程

2Li+ + 2e– + O2→Li2O2（非水系電解液）

2Li+ + 2e– +?O2 + H2O→2LiOH（水系電解液）

注非水系電解液以有機(jī)溶劑替代水溶解鋰鹽，本文以非水體系為主。

反應(yīng)方程相比LiCoO2和Li-S都要簡(jiǎn)單，但反應(yīng)過程中同樣存在一系列副反應(yīng)，副反應(yīng)產(chǎn)物以LiOH和Li2（CO3）為主。為降低副產(chǎn)物，提高循環(huán)效率，研究人員多以純氧O2環(huán)境反應(yīng)，因此鋰空氣電池（Li-Air battery）也稱之為鋰氧電池（Li-O2 battery）。

圖1LiCoO2型鋰離子電池與Li-O2 電池的反應(yīng)機(jī)理圖

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