如今各種鋰電池已經(jīng)成為日常生活里必不可少的設(shè)備，無論是手機、電腦、可穿戴設(shè)備還是新能源汽車，它的應(yīng)用變得越來越廣泛。但隨之而來的是外界對鋰電池資源的擔(dān)憂，尤其是今年以來鋰電池相關(guān)原材料價格出現(xiàn)飛漲，逼迫各國紛紛加快布局“后鋰電池”時代。

鋰電池資料圖。圖源：視覺中國

多國押注鎂電池

《日本經(jīng)濟新聞》網(wǎng)站20日以《鋰電池何時被超越？》為題報道稱，英國劍橋大學(xué)、丹麥及以色列的知名工科大學(xué)以及德國、西班牙的研究機構(gòu)組成的聯(lián)合研究團隊“E-Magic”在歐盟的資金支持下，正以2030年為目標(biāo)，加快開發(fā)突破性的高容量、環(huán)保性更好的鎂電池和鋅電池。

報道稱，鋰電池最早在20世紀(jì)90年代開始由日本索尼公司實現(xiàn)商用化，它比之前的鎳氫電池、鉛酸電池能存儲更多電能，如今已經(jīng)在新能源汽車、個人電腦、智能手機等產(chǎn)品上得到普及，相關(guān)研究還在2019年獲得諾貝爾化學(xué)獎。但鋰電池的最大缺點就是成本高。報道舉例稱，如果將鋰電池作為大規(guī)模儲存太陽能或風(fēng)能等可再生能源的儲能電池，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的資料顯示，想將其成本降到跟水力發(fā)電相當(dāng)?shù)拿壳邥r2.3萬日元的水平“是白日做夢”。

因此“后鋰電池”時代的主要目標(biāo)是壓縮成本和提高耐用性?！癊-Magic”瞄準(zhǔn)了成本更低的鎂電池。鎂離子可以攜帶2個正電荷，而鋰離子只能攜帶1個，因此理論上鎂電池的能量密度可以比鋰電池更大。目前實驗室的鎂電池已經(jīng)能反復(fù)充放電超過500次。研究人員將致力于改進電解液及開發(fā)新的電極材料。同時豐田的北美研究所和美國休斯敦大學(xué)也在開發(fā)新型鎂電池，它的電極正極材料采用有機化合物，電解質(zhì)采用硼。雖然這種鎂電池目前只能充放電200次，但研究團隊稱“已經(jīng)找到了開發(fā)出高穩(wěn)定性、高性能電池的方向”。

除了鎂電池外，報道提到日本東北大學(xué)的小林弘明助教和本間格教授也在開發(fā)新型鋅電池，他們用水溶液取代有機溶劑作為電解液，降低了火災(zāi)事故的風(fēng)險，由于其成本低，未來有望用于儲蓄可再生能源電力。

替代技術(shù)尚不成熟

真鋰研究首席分析師墨柯21日接受《環(huán)球時報》記者采訪時表示，就當(dāng)前正在發(fā)展的鋰電池替代技術(shù)而言，除了日本媒體提到的鎂電池、鋅電池，還有相對更成熟的鈉電池。事實上，鈉離子電池和鋰離子電池均起源于上世紀(jì)70年代，它們的工作原理也高度相似。只是受制于沒有合適的電極材料，鈉電池一直到2000年之后才取得突破。當(dāng)前技術(shù)最先進的鈉電池是中國寧德時代今年7月發(fā)布的，具備全球最高的能量密度（160Wh/kg）和超快充特性（15分鐘可充電80%）。預(yù)計寧德時代下一代鈉電池能量密度可突破200Wh/kg；計劃于2023年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。

墨柯認為，從目前的發(fā)展情況來看，無論是鎂電池、鋅電池還是鈉電池，其成熟度距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有相當(dāng)差距，甚至只是處于實驗室階段，性能也有不少缺陷。他表示，外界對于這些鋰電池替代技術(shù)如此熱心，核心原因不在于它們的性能更好，而是資源更豐富、原材料價格更便宜。

正如《日本經(jīng)濟新聞》提到的，鋰電池原材料——鋰、鎳、鈷的產(chǎn)地分布極度不均。相關(guān)資料顯示，近80%鋰資源產(chǎn)量主要集中在美洲四湖以及澳洲六礦，中國需要的鋰資源80%以上都要靠進口；鎳資源多數(shù)集中在印尼、澳大利亞、巴西、俄羅斯、古巴和菲律賓等地區(qū)，這六國的鎳儲量占比全球儲量近78%；全球已探明鈷資源由約51%分布在剛果（金）。相比之下，鈉、鎂、鋅的儲量要高得多。例如鋰在地殼中的儲量為0.0065%，全球儲量僅有8600萬噸，而鈉在地殼中的儲量為2.74%，僅中國柴達木盆地的鈉鹽儲量就達到3216億噸。

但另一方面，鎂電池和鋅電池在技術(shù)和材料上仍有相當(dāng)多障礙有待克服，目前還沒有找到比較合適的電極材料，更談不上大規(guī)模應(yīng)用。墨柯預(yù)測，考慮到一項新技術(shù)從實驗室研制到量產(chǎn)再到大規(guī)模應(yīng)用的過程，這些替代技術(shù)可能需要等待二三十年才能發(fā)展成熟。他還表示，即便是相對成熟的鈉電池，由于鈉離子半徑和體積相對較大，因此在能量密度提升上受到限制，可能更適合儲能電池、二輪電動車等對能量密度要求不高的領(lǐng)域。寧德時代透露，已經(jīng)開發(fā)出了鈉電池和鋰電池共用的體系，彼此可以“取長補短”。

鋰電池還可以再“挖潛”

如果鋰電池在短時間內(nèi)還難以被取代，那么它的未來又如何呢？墨柯認為，今年以來鋰電池相關(guān)原材料價格的飛漲存在人為炒作的成分，單就鋰資源的儲備量而言，雖然遠不如鈉鎂鋅，但在未來三五十年內(nèi)是絕對夠用的。

同時鋰電池的潛力還遠沒有被挖掘干凈。墨柯表示，鋰電池理論能量密度最高可達到700Wh/kg，目前高鎳811電池（即電池正極材料中鎳占比80%、鈷占比10%、錳占比10%）的能量密度能達到260-270Wh/kg，而日韓頭部電池企業(yè)在2021年都推出鎳含量在90%以上超高鎳電池產(chǎn)品，再加上負極采用硅碳材料，有望將能量密度提高到400Wh/kg，相當(dāng)于鋰電池的儲電能力提升了50%。此外，多國還在研究將鋰電池的液態(tài)電解液替換為固體電解質(zhì)，可以同時提高其能量密度和安全性。