人类的电池技术为什么停滞不前？

看下面两张图

图一:1915年纽约街头的一辆电动自行车

图二:2015年赛夫的citycoco在重庆发布

一百年电池技术进步了吗可以说有但是很小。只是从铅酸蓄电池进步到了锂动力电池。

而且锂电池现在成本还很高，无法完全替代铅酸电池。

储能材料，和两端电极材料以及封装技术是挡在我们面前的三个难题！而且这仅仅局限于地球内部，如果电池能像核电一样，我们才具备 探索 太阳系的能力，电池能像核聚变一样我们才有机会冲出银河系

准确地说，电池技术并非停滞不前，而是相对其他技术的日新月异来说，进步不是很明显。

锂电池在上世纪70年代左右被发明出来，直到90年代，索尼才生产出第一块能被商用的锂电池；到了21世纪初，锂电池才被大规模用于手机、笔记本等智能设备。

大家可以看到， 电池发展到锂电池后，核心理论和原理30年来都没有大的突破。 这是为什么呢？

锂电池是化学电池，其构成为正极、负极、电解质。通用的锂电池，正极材料是钴酸锂，负极材料是石墨。 经过反复的试验研究发现，钴酸锂和石墨这两者的配合是最默契稳定的。

而且锂电池具有相当的优势：

1.环境友好，没有记忆效应。 相比锂电池之前的镍氢电池等，否则每次充电都要充到100%，那可真的太麻烦了。

2.能量密度比较高，单位体积内能储存更多的电量。 其他材料，要么根本喂不饱现在的智能设备，要么就要体积太大，不符合轻薄化的趋势。

3.锂电池的性价比是最高的。 当下，关于电池最新的研究也都是开发出新型的正负电极材料，但涉及到商业化应用， 最大的问题就是制备成本过高。

所以，要实现电池的革命， 就要从正负极的用料上做文章，要找到比石墨和钴酸锂更限、更便宜的搭档才行，但这并不容易。

从另外一个方面说，电池技术没有重大突破真不是什么坏事， 电池按兵不动，反而倒逼着其他硬件工艺、技术飞速发展。 比如快充技术和无线充电就是最典型的。

（该资料来源于“新材料在线”经修改编辑）

锂电池的发展正处于一个瓶颈期，能量密度已经接近其物理极限。我们需要新的材料或者技术去实现锂电池的突破，以下几种电池材料被业内人士一直看好，或将成为打破锂电池障碍的突破口。

1、硅碳复合负极材料

数码终端产品的大屏幕化、功能多样化后，对电池的续航提出了新的要求。硅碳复合材料作为未来负极材料的一种，其理论克容量约为4200mAh/g以上,比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余，其产业化后，将大大提升电池的容量。

2、钛酸锂

近年来，国内对钛酸锂的研发热情较高，钛酸锂的优势主要有：循环寿命长(可达10000次以上)，属于零应变材料(体积变化小于1%)，不生成传统意义的SEI膜；安全性高。其插锂电位高，不生成枝晶，且在充放电时，热稳定性极高；可快速充电。

3、石墨烯

鉴于石墨烯当前的批量生产工艺不成熟、价格高昂、性能不稳定， 石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中使用。

4、碳纳米管

碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料，自身具有优良的导电性能，同时由于其脱嵌锂时深度小、行程短，作为负极材料在大倍率充放电时极化作用较小，可提高电池的大倍率充放电性能。

5、富锂锰基正极材料

高容量是锂电池的发展方向之一，但当前的正极材料中磷酸铁锂的能量密度为580Wh/kg,镍钴锰酸锂的能量密度为750Wh/kg，都偏低。富锂锰基的理论能量密度可达到900Wh/kg，成为研发热点。富锂锰基虽然克容量优势明显，潜力巨大，但限于技术进展较慢，其大批量上市还需时间。

6、动力型镍钴锰酸锂材料

一直以来，动力电池的路线存在很大争议，因此磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等路线都有被采用。磷酸铁锂虽然安全性高，但其能量密度偏低软肋无法克服，而新能源 汽车 要求更长的续航里程，因此长期来看，克容量更高的材料将取代磷酸铁锂成为下一代主流技术路线。

7、涂覆隔膜

涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝。涂覆隔膜的作用是：1、提高隔膜耐热收缩性，防止隔膜收缩造成大面积短路；2、涂覆材料热传导率低，防止电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控。

8、陶瓷氧化铝

在涂覆隔膜中，陶瓷涂覆隔膜主要针对动力电池体系，因此其市场成长空间较涂胶隔膜更大，其核心材料陶瓷氧化铝的市场需求将随着三元动力电池的兴起而大幅提升。

用于涂覆隔膜的陶瓷氧化铝的纯度、粒径、形貌都有很高要求，日本、韩国的产品较成熟，但价格比国产的贵一倍以上。

9、高电压电解液

提高电池能量密度乃锂电池的趋势之一，目前提高能量密度方法主要有两种：一种是提高传统正极材料的充电截止电压，如将钴酸锂的充电电压提升至4.35V、4.4V。但靠提升充电截止电压的方法是有限的，进一步提升电压会导致钴酸锂结构坍塌，性质不稳定另一种方法则是开发充放电平台更高的新型正极材料，如富锂锰基、镍钴酸锂等。

正极材料的电压提升后，需要与之配套的高电压电解液，添加剂对电解液的高电压性能起到关键性作用，其成为近年来的研发重点。

电池技术是有进步的只不过非常小，想要发生革命性改变并普及，目前来说是不可能的。

拿手机举例，目前市面上的手机电池基本都是锂电池，因为锂是所有金属中电位最低的金属，用锂作负极产生的额定电压较高，锂离 子电池能够具有较高的能量密度，单位重量的情况下锂电池的能量是铅蓄电池的5倍以上，并且锂元素不是重金属，对环境造成的污染 非常小，自身逃电率低、重量轻和使用寿命长，都是其它电池无法比拟的，目前也没有找到比锂电池更适合大面积使用的电池。

想要增加手机的续航能力，那就要想办法增加锂电池的能量密度，但能量密度和锂元素本身有很大的关系，在锂元素不变的基础上， 科研人员只有不断更换电解液和正级材料才能勉强将电池的续航能力提高一点点，每年的进步只有3%左右。照理来说，每年进步3%， 这十几年应该也有很大进步了，但实际上电子产品的更新换代更快。芯片里的晶体管都是纳米级的，晶体管越做越小，芯片的处理能 力一直在提高，芯片的运算能力一直在变强，那么耗电量就更大了。所以看起来好像是电池技术没有什么进步，但其实已经 进步不少了，只不过芯片进步更快，将电池技术的进步抹平了。

之前有报道石墨烯电池是未来最具有潜力的电池，它的能够承受上至100摄氏度，下至零下50摄氏度的温度环境，稳定的充放电次数也比锂电池要多，放置在火中也不会爆炸，续航能力比锂电池更强等。 现实情况是，石墨烯是没办法量产的，而且生产制造难度较大，成本也较高，不少学者认为石墨烯的报道都是出于某种目的，夸大虚假的宣传，泡沫太大了。 网上的很多黑 科技 电池，号称几秒钟充满电，或者比锂电池更牛的电池，这类电池都是非常不安全的，容易爆炸，无法量产。

电池技术止步不前的原因很简单：电池固然有150年 历史 ，但是不代表有150年经验。而是一个经验用了150年。

当前热门锂离子电池是索尼发明，索尼因此濒临破产。倒是宁德新时代之流山寨厂发财了。这说明专利制度对颠覆性创新的保护太弱。前期研发、工业化、市场推动，二十年过去了，专利保护失效。

这也是本人放弃几个电池颠覆性技术开发的原因。与其为他人作嫁衣，不如烂在肚子里。

当然，索尼的创新体现在发现新的储能机制，还远达不到根本改变储能密度过低的核心问题。

当前，蓄电池只能实现25％的理论能量密度。锂离子电池更惨，只有8％，还易爆。说明还是150年前的技术套路。

如果不解决颠覆性创新的保护年限（起码50年起），是不会有人去做这个傻事的。人都会权衡利弊不是，所以大家只好在落后的基础上做些修补。

这是以开发者身份的个人观点，如果有奉献精神的书呆子则另有一说。

其实电池技术一直都在发展，并且速度并不慢，比能量在提升，安全性在提升，材料和工艺在提升，成本在降低，产业在进步。只不过我们日常当中享受到它的飞快发展，却没有那么的实际和民用化。比如手机锂电池，前几年还都是2000多毫安。现在都是4000往上拉，做的越来越薄，容量越来越大。

目前为止，各领域的 科技 发展都有着超大的变化，电池技术在未来里，无论是实现核能电池还是利用无线充电技术而得到一定的突破，都不可低估未来电池的强大性。只要不停止，一切都有可能。

是的，但这是人类技术常态，这是关于能量密度和能量利用效率的问题，人类不止在手机电池，在 汽车 飞机上也是，在大米和牛肉上也是

反对量子实验室的回答！他根本不明白这个问题本质是什么！我们技术进步慢了，

第一，先举牛肉和 汽车 为例，说明这个问题，

汽车 诞生一百多年了，现在 汽车 家家都有，很成熟的技术了，但是一直有一个停滞不前的大问题，能量密度和能量效率，

一辆丰田卡罗拉 汽车 （销量现在世界第一哟），仅仅需要2升汽油的能量就能推动 汽车 走一百公里，但实际上， 汽车 油耗却是8-10升汽油每百公里，为什么差几倍！？

因为实际上， 汽车 一箱汽油的能量25%就够 汽车 跑起来了（巡航），另外 汽车 传动轴等部件摩擦散热浪费了10-12%其他耗费5-7%，另外62-67%呢？地球人不知道啊！在发动机里没了！正在努力研究，丰田 汽车 已经是能量利用效率最高的了，最高能将一箱汽油能量38%从发动机里面拿出来，已经是人类巅峰了，长城哈弗油箱65%的能量都献给未知了，这就是汽油发动机瓶颈，停滞了，能量利用效率停滞了，目前几十年内我们都不可能提高到一半

牛肉也是，牛本身能将食物能量转化为活动需要的动力和脂肪及牛肉，效率本来不高，人类用了几千年终于提高到一个高比例，但是几十年来也停滞了，再也提高不了饲料转化率了。

停滞，瓶颈，是人类技术的常态啊，很快人类的芯片也会停滞的，摩尔定律会失效的。

第二，电池，

电池能量利用效率是高于汽油发动机的，但是能量密度不行，这就是，丰田本田奥迪奔驰明明有电池 汽车 技术，却不量产生产，直到特斯拉拿出比他们更次更低劣的电池技术量产 汽车 ，大家才知道，这种 汽车 也有人买？

但是能量密度问题，早已停滞，提高很慢，最新的所谓磷酸铁锂等等新电池还是老电池加石墨烯都是不能解决能量密度问题，就是在同样体积内怎么提供更多能量，同样体积电池，怎么帮助 汽车 从三百公里提高到一千公里，怎么让手机待机三天变成三个月，

能量利用效率也慢慢进入停滞，特斯拉和中国比亚迪等等，更多的改善在于电池管理和结构，嗯，相当于苹果手机电池不换加一个电池管理软件，这个比喻不恰当，但是就是这么回事

电池的未来，

第一，必然走向高密度，手机一块电池顶一百年，波音飞机一块电池飞全球，嗯飞机航母以后必然都会用电池，发动机效率低，维护成本高，浪费体积空间，还暴露缺点，哪有换电池方便高效，核聚变电池微型化

第二，必然走向高效率，从一块电池里里只有不到一半用于真正用途，到九成以上，浪费最小热散失最小，

停滞不前的原因很简单。在安全性无法保障的前提下。现有的能量储存技术，使能量越高的电池（能量密度），越像炸弹。

所以在储能方式、材料制作没有大的进步下，科研成员只能在现有的情况下缝缝补补，做有限的提升。以至于在外人看来。现有的电池技术有点停滞不前。其实进步是有点，也勉强跟上了芯片和发动机的需要。但是没有出现电池技术突破引领其他技术发展的情况。即便是特斯拉，也是电池应用技术的提高，而不是电池储能技术的突破。

之前我们听说过的石墨烯电池。就是安全性可以保障电池储能的提高。但是它只解决了安全性，还是没有解决材料制作的商业应用。因为生产的成本太高了。无法进行普及。

因此石墨烯电池，可能不是未来电池的发展方向。

要解决能量密度和安全性的反比关系。同时材料还要经济适用。整个世界都在努力的进行研究。这种研究的附属品就是快充技术和无限充电的发展。就像包子不够大，那就多吃几个的解决办法。

并且电池技术的发展，会让人类能源使用的来源（如石油）和使用的方式（如内燃机）发生天翻地覆的变化，会影响世界的格局。所以国家鼓励新能源的研发和使用。就是在生物化学能没有办法领先的情况下。进行换道超车。

因此电池的发展，各国既要进行大规模的前沿科研。又对电池的使用谨慎小心。可能在实验室里已经取得突破，但是如何安全的进行商用。已经不仅仅是经济问题了。比方说中国5G方面的领先带来的贸易战、政治战。一个小小的5G，居然让世界各国选边站队的情况，在实验室里是想不到的。

作为普通的人。还是是期待着电池技术有重大的突破，让人类的发展更加绿色环保。飞向星辰大海。

记得当年第一部手机，还是镍氢电池，单是电池就45克，容量却只有500毫安时。锂电池普及的今天，却看似出现了一个瓶颈。

手机屏幕越做越大，使用强度越来越高，目前还没有更先进的节能降耗的技术，耗电量降不下来。

锂的电极电势最负，相对原子质量小，密度小，是固体，污染小，就成为了电池材料的首选。

锂这个载体确定了，要增加电池的能量密度，就只有去改善制造工艺、提升现有材料性能、开发新材料，以增加正负极活性物质比重，减少电解液、隔离膜、粘结剂、导电剂、集流体、基体、壳体材料等非能量重量。这些方面是最近电池技术方面所做的比较多的。

但由于无论怎么在这些方面做文章， 能量来源都是局限在化学能→电能 的转化上。这就相当于把电池技术关进了一个技术的园囿。锂电池的能量密度增加也不多，瓶颈凸显。

化学能转化电能是很低效的。 核电池可能是未来的一个方向 。这里的核电池，是放射性同位素电池。目前人体用的心脏起搏器电池就是这种电池，150毫克钚238衰变产生的电能，就可以维持起搏器8-10年的使用了。然而，这个电池的价格远超过市面上常见的手机等电子产品，后续如何降低成本是关键。

另外，非核电池方面，最近几年，超级电容、镁电池、纳米线电池、全固态电池等也进入了科学家的视线。

但是都有这样或那样的瓶颈存在。像镁电池，虽然储能较锂离子电池多，但是电压只有1V左右，且阴极材料一直找不到合适的。纳米线电池能量密度超过传统锂离子电池很多，但也存在诸多的技术瓶颈。

锂电池设想提出已过去100多年，而锂离子电池提出理论到大规模普及也是用了20多年的时间。由此我们有理由相信，上面提到的和未提到的很多 新的电池模型，会在未来发展成为成熟的技术。

从基础理论和技术的角度，电池技术确实进步不大。以二次化学电源为例，其必须的组件为正极、负极、电解质，其发展经历了铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子电池等，能量密度和使用寿命逐渐升高，每一次电池技术的突破都是因为基础材料的突破造成的。以目前能量密度最高的锂离子电池为例，其储能机理是Goodenough等科学家在60-70年代提出的，在这个理论的基础上寻找新的正负极，正极材料在80年代取得突破，发明了钴酸锂，镍酸锂，90年代发明了锰酸锂，磷酸铁锂，00年代发明了富锂材料；负极材料最开始使用的是锂金属，因为安全问题，碳材料被用作负极材料，随后硅材料，锡材料被发明，到现在锂金属又重新被提上日程；电解质中的EC被应用，由于其对碳材料的保护作用，对锂离子电池的商业化起到了至关重要的作用；随着基础材料的突破，Sony在91年将锂离子电池商业化，直到现在，锂离子电池技术的进步都是在这些基础上进行发展，能量密度也已经有几倍的增加，所以大家才能用上目前的超薄的智能手机、超极本等产品，和上世纪80-90年代使用的大哥大等砖头产品一对比，就能体会到电池技术的进步了。

和半导体技术相比，电池技术确实进步不算大，但是电池的能量密度也是以每年5%的提升前进了20多年，目前确实遇到瓶颈，就像半导体技术的摩尔定律即将失效一样，任何技术发展到极限都需要基础理论的突破，目前人类的基础技术进步基本都处在瓶颈期，看看近几年的诺贝尔奖的质量严重下降就知道了，所以还是期望基础物理的突破来带动应用技术的进步吧。

说停滞不前还不至于，但大的突破确实是没有，目前市面上的主流电池还是锂电池，锂电池和伏打电池的原理一样，无非就是氧化还原反应。

而且锂电的发展几乎已经到极限了，想要重新构造一个全新的电池体系，现阶段恐怕非常的困难，因为可用的材料几乎都尝试过了，但还没有哪一种材料，可以完美的替代锂电池。

不过曾经有一段时间，网络上热炒过石墨烯电池，在一些网友的吹捧当中，石墨烯电池被吹的神乎其神，但真正意义上的石墨烯电池是不成熟的。

石墨烯材料的主要作用有两个，一个是作为电极的嵌锂材料，另一个则是作为导电剂，但高纯度的石墨烯价格昂贵，起码都要几百元一克。

如此昂贵的价格，恐怕很难运用到常规的电子产品当中，而且石墨烯的工艺复杂，化学性质也不稳定，它很难满足电池高循环的使用频率。

另外相比较其他材料而言，石墨烯是可以被取代的，例如说硅，硅负极现在已经被运用在一些电池上了，而且硅负极的容量要远大于石墨烯负极，它们之间的比例大约是1:10。

所以所谓的石墨烯电池，大概就是一些加了石墨烯的锂电池，但锂电池我上面已经说了，目前的发展差不多也就是那样，想要百尺竿头更进一步的难度很大。

虽然说电池本身并不是什么高大上的技术，但这里面涉及到各种材料的反应，我想在没有找到更合适的材料之前，锂电池估计还要主宰市场很多年……

可以做负极材料的，采用此技术可以极大提升锂电池容量，但是现在这个还处于研究阶段，主要面临问题为纳米硅材料在吸收锂离子的时候体积会膨胀400%，如果你使用纳米硅做负极材料，那么当它膨胀的时候肯定会刺破隔膜，这点是我们所有不能接受的。现在主要研究方向不要有2个，其一为将负极材料使用硅碳复合材料，可以得到一部分改善，其二，将纳米硅负极材料的体积设计之时就按照膨胀后400%来考虑，这样，容量也能得到大幅提升。

碳负极放电平台一般是1400。碳负极材料做的半电池，首次充放电约1400，二次放电约1300，硅碳复合材料里，硅的含量足。充放电过后，硅的体积变化过大，导致极片结构坍塌，故二次的容量就掉下来了。这种情况出影响半电池的性能，建议在放电测试中，把硅含量降低一些，材料相不纯，电压出现波动不清楚，也会造成放电过程中值有波动。

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