中国科学家在新高压锂电池技术上取得突破，电池寿命秒杀传统高压

红线为超浓缩电解液锂电池，黑线为现有商业化电池。图片来源：Nature Communication

锂离子电池在移动便携式储能领域的成功，为电动汽车的发展做出了巨大的贡献。要想使电动汽车单次充电后的行驶距离进一步提高，主流的锂离子电池仍然面临着不小的挑战。目前，科学家们认为开发5伏级高电压锂离子电池是关键一环。

在最近的一项研究中，研究人员开发出基于超浓缩电解液的5伏级高电压锂电池。在100次充放电以后仍然保持90%的电量 ，而在传统高压锂电池中，这个数字是50%。

这篇发表于《自然·通讯》（Nature Communication）上最近一期的报告中，来自东京大学的中国学者王建辉和化学系的教授山田淳夫为该论文的通讯作者。其他的合作科研人员来自京都大学，日本科学技術振兴机构和日本国家材料学会。

山田淳夫认为使用超浓缩电解液的5伏电池拥有比4伏电池更高的能量密度，电池的体积更小和重量更轻，无形中减少了电动车的行驶负担。

“一般驱动电动车行驶的电压达到几百伏电压，这需要多个电池单元串联组成电池组。使用高电压的电池单元就意味着所需的电池数量会减少。”山田解释说。

通常来说，高电压锂电池的面临着一个两难的选择。稳定的电解液（盐溶液）可以阻止电池过渡金属电极的溶解，但是往往会加速电池集流体的溶解（集流体指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铝箔、铜箔）。与此同时，不稳定的电解液（如广泛使用的LiPF6）则恰恰相反。无论选择哪种电解液，溶解现象都会造成电池容量的下降。

三种电解液中的分子结构和平衡态运动轨迹。左：稀；中：浓缩；右：超浓缩。超浓缩电解液中形成了一种强化的立体结构，能够阻止阴离子（-）与集流体中的铝离子（+）结合，从而保护集流体不受溶解。图片来源：Wang et al.Nature Communication

在这篇最新的论文中，研究人员将稳定的LiN[SO2F]2 盐溶液加进溶剂以1：1.1比例配置混合电解液。通常情况下，1：2的溶液仍然会出现金属铝的溶解和电池损耗。超浓缩电解液的神奇效果来源于溶液内部不寻常的3D结构。

高浓度的溶液拥有研究人员称之为“强化3D”的网状结构；不像在稀溶液中，每一个溶质都被溶剂分离成很小的一部分。这种网状结构的特点是能够吸引溶液中带负电的原子和离子，原本应该去溶解集流体中金属铝的阴离子和锂离子形成更强的配合作用。尽管会有一些阴离子脱离锂离子，他们也很难穿过层层网状结构去和集流体中的铝发生反应。

因此，超浓缩电解液在5 V电压条件下有效地阻止了过渡金属和铝的溶解，表现了电池耐久性能。

此外，得益于极低的有机溶剂含量，新电解液拥有相对稀电解液更好的热稳定性。因为有机溶剂往往存在易燃易挥发的安全隐患。

超浓缩电解液一大缺点就是成本略高，然而日本的科研人员们认为这不会成为它投入生产应用的阻碍。山田说道：“目前大规模生产LiN(SO2F)2 的项目已经启动，低成本超浓缩电解液不会让我们等太久。此外，电解液成本仅占锂离子电池全部成本的不到7%。”

接下来，他们还将继续研究提高电池性能的各种方法（锂离子电池的能量密度和功率密度仍是关注的重点）；同时更好的理解超浓缩电解液中的化学机理，寻找超浓缩电解液有别于传统电解液的特征，探索更加丰富的应用前景。

参考：Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms12032

京东自主品牌推出新型5号AA充电锂电池，15V输出3000mWh超高电量

5号电池也叫做AA电池、R6电池，是一种高度50mm直径14mm的电池规格，常见用于各种家用电器与消费电子产品上。一次性5号电池属于消耗品，单次投入低但长久使用费用也会持续累加，所以不少用户会选择购买可循环充放电的5号电池，目前主流的可充电池均为镍氢电池，因化学特性关系，放电平台电压只有1.2V，电储能仍无法满足用户需求。

锂离子电池储能能力强，能量密度高，功率大，但其工作电压平台高达3.7V，无法用于1.5V电压的5号电池设备中。近年来国内企业终于实现了突破，制作出了储能密度高并可用于1.5V电压设备的可充电锂电池，今天介绍的京东京造可充电锂电池就是这种新型产物。

京东京造可充电锂电池外表上与常见的5号电池并无不同，不管是长度、直径都与5号电池一样，外包装上清晰地标注着“1.5V恒压”“可充电锂电池”字眼，表示其特殊身份。

通过官方提供的内构图可以看到，京东京造可充电锂电池内部使用了一颗软包封装的锂离子电芯作为储能手段，实现高能量密度储备。顶盖封装狭窄的空间里放入了充放电控制器，内置DCDC电路，将锂电池电压从3.7V降压至常规1.5V输出，以兼容5号电池设备使用。

得益于高密度锂电芯的加持，京东京造可充电锂电池可提供3000mWh电量输出，换算成常见的容量单位约等于2000mAh，且输出电压平台为稳定的1.5V高平台，整体储能电量相比镍氢电池有了大幅度增长。

常用的一次性碱性电池放电带载能力差，电压平台下降快，电量相对较低。镍氢充电电池平台维持较好，但平台电压仅为1.2V左右，整体储电能力一般。京东京造5号充电锂电池通过DCDC降压转换，具备稳定的1.5V电压输出平台，储电量相对镍氢电池也更多。

部分对电压敏感的设备，使用镍氢电芯或碱性电芯，即使电芯仍有很多电量未完全放出，但因为电压平台低而关机。京东京造可充电锂电池稳定的1.5V高电压平台，让这些设备实际运行时间大幅度延长，也可以充分利用电池电量。

京东京造5号充电锂电池标配专用的四槽位充电器，USB-C接口输入适用于主流PD充电器供电。具备多重防护措施，自动识别电池种类，误放入非京东京造5号充电锂电池即会触发保护措施拒绝充电。

充电头网总结

京东京造5号充电锂电池可以说是新世代5号充电电池解决方案，结合锂电池高储能密度的优势，利用DCDC转换电路输出1.5V恒定电压，为设备提供大功率、多电量、高平台的电力供应。京东京造5号充电锂电池目前已上架京东官方商城，为套装销售，包含4节可充电池与1个专用充电器，售价为119元，感兴趣的小伙伴可以自行上车。