今年新能源汽車概念大熱，新能源汽車的發展呈爆發態勢；另外，消費電子領域軟、硬件技術進步卻乏善可陳，行業競爭明年或將開始轉向電池續航的比拼上來。新能源汽車、消費電子兩者都期待鋰電池有革命性的改變，以此提升相應產品的續航能力。因此，2014年鋰電池技術受終端市場催熱進步不斷，你都知道哪些呢？下面小編為大家盤點2014年度鋰電池十大前沿技術，回顧今年鋰電池行業取得的新技術成果。

1.特斯拉充電新解？新加坡發明新型快速充電電池壽命20年

10月14日消息，據國外媒體報道，南洋理工大學的研究人員最近發明了一種新型的快速充電電池，使用壽命長達20年。

如今支持快速充電的電池在我們的生活中扮演著越來越重要的角色，在方便快捷的為各種設備提供能量的同時，其使用壽命卻常常成為被人們詬病的一個短板：“什么總是要換電池？”對這一問題南洋理工大學的研究人員開發了一種新型的鋰電池，這種電池可以在2分鐘之內充電至最大容量的70%，并且可以服役長達20年，數倍于現在各種設備中的充電電池壽命。這種電池的創新在于使用二氧化鈦納米管而不是傳統的石墨材料作為電池的陰極，兩種材料都可以加速電池中的化學反應提供電能，不同的是前者可以反復使用1000次而后者的壽命只有500次。

這種新型電池尚沒有投入大規模生產和走向市場的明確時間表，但它所使用的鈦納米管是一種易于加工的且成本相對較低的原料，所以前景十分光明。顯而易見這種新型電池的推廣將極大的改變整個科技產業界。拋開一些天馬行空的創意不談，即使從最基本的層面來看，它也將延長很多設備的服役時間，特別是那些不可更換電池的設備，現在用戶常常不得不因為無法繼續充電而不是其他功能的損壞而放棄他們，今后這樣的事情也許永遠不會再發生。而這種電池最深遠的影響也許將會在汽車產業，想象一下你可以用幾分鐘而不是幾個小時給一輛特斯拉充滿電，而且可以一直開到車被淘汰都不需要更換電池的情景。

點評：新納米材料替代傳統材料，在很多很多領域已收到意想不到的效果。同樣以二氧化鈦納米管代替傳統的石墨材料作為電池的陰極，帶來的是鋰電池性能的躍升，涉及了目前最受關注的兩方面：快速充電和超長壽命。而這兩個方面曾被業界認為是不可調和的矛盾，快充會導致電池壽命的降低，而要延長電池壽命就不能使用快充。而南洋理工大學研究人員發明的以二氧化鈦納米管為負極材料的新型的快速充電電池，使用壽命長達20年。這無疑為鋰電池業界帶來了好消息，無論是用在消費電子領域還是電動汽車、儲能這種新型電池將改變相關領域應用推廣遲緩的現狀。就拿電動汽車目前特斯拉的電池質保8年，如果這種新型電池得到應用的話，特斯拉恐怕要把電池的質保修改到和整車一樣的年限了；另一個令人興奮的是快速充電狀態下保持20年的壽命，這解放了哪些每次快速充電都提心吊膽的車主們，新型電池的大規模應用值得期待！

2.智能鋰電池會說話電池起火不再怕

如果有一天，你的智能設備推送了一條緊急消息提示你："主人注意，電池有爆炸危險！"這也許能減少不少鋰電池爆炸所產生的危害。

斯坦福大學的科學家已經成功研制出了一種智能鋰電池，它可以監測自身內部是否短路，從而趕在電池過熱爆裂起火前，通過智能設備向主人發出警告。

這項新技術可能造福于全世界數以億計的設備，包括手機、個人電腦和其他種種電子產品，甚至正在發展中的汽車與特種鋰電池。

研究論文于今年10月發表在《自然》上。論文通訊作者、斯坦福大學材料科學與工程系助理教授崔屹(YiCui)表示："我們的目標是創立一個報警系統，它能夠拯救生命，保障財產安全。這項技術可以檢測到電池正常使用過程中可能遇到的問題，但并不適用于意外碰撞或者其他的事故損壞。"

點評：鋰電池在未來幾年將會得到超大規模的應用，這已毋庸置疑，然而鋰電池爆炸起火問題近年來愈演愈烈，這個問題日益凸顯。崔屹教授發明的智能鋰電池提前預警爆炸危險，很多情況下可以有效地避免因電池起火爆炸引起的事故，這將造福很多人。用在手機及汽車上的鋰電池如果可以這樣智能的話，很大程度上解決了用戶的顧慮，這為鋰電池的大規模應用提供了更安全的方案。

3.石墨烯3D實驗室成功打印出3D打印電池

日前，石墨烯（Graphene）3D實驗室對外宣布其利用3D打印技術成功打印出3D打印電池，該電池作為結構性多功能電池，其有著巨大的應用潛能。其中，Graphene3D實驗室是一家集研發、生產以及銷售于一體的3D打印公司，其產品主要采用的是Graphene自主研發的納米復合材料，同時其產品種類也非常豐富。Graphene3D實驗室所采用的3D打印技術主要包括熔絲制造技術，通過利用該技術其成功研發打印出了一種石墨烯電池。

Graphene3D實驗室通過將石墨烯納米薄片與熔絲制造的熱塑性塑料相融合，從而最終形成了具有良好導電性能的3D打印絲極。Graphene3D實驗室表示，目前3D打印技術一般需要對電池的不同組成部件分別進行單獨打印，例如電池所采用的陰極、陽極以及電解質等均需要單獨打印。而一臺可以進行多種材料同時打印的3D打印機可以大大簡化電池的3D打印過程，在一次打印過程中就可以完成整個電池的打印工作。

以上多功能結構電池一經推出便吸引了大量研發團隊的關注，其中就包括沃爾沃汽車公司、美國高級研究計劃局-能源部等。同時，美國高級研究計劃局-能源部還耗資875萬美元分別獎勵了4個相關的3D打印研究項目。此外，以上多功能結構電池研發項目的主要目的就是為車輛電池提供一種具有革命性意義的電能存儲方案。該多功能結構電池研發項目被稱之為"RANGE"項目。Graphene3D實驗室目前已經就以上3D打印電池所涉及到的新材料創新和新方法向美國專利局和商標局提交了臨時的專利申請。

點評：3D打印+石墨烯=新型電池，這個方程式包括了如今最受熱捧的兩個概念，即3D打印和石墨烯。陰極、陽極以及電解質多種材料同時打印，很好的壓縮了整個工序，再加上石墨烯超級材料的特性，提高電池能量密度的同時有利于大規模生產，給電動汽車產業帶來了革命性的希望。3D打印石墨烯電池無疑是2014年鋰電池業界最耀眼的技術進步。

4.石墨烯+硅材料鋰電池充電速度快16倍

加州大學河濱分校的一組研究人員開發出了一種新架構的硅陽極，應用在鋰電池中可以使充電過程快16倍。新的設計構建于3D結構的錐形碳納米管材料之上。可以使電池比原來輕40%，卻能攜帶比原來多60%的電量，將使充電速度快16倍左右。

由于鋰電池被廣泛應用，人們也對之進行大量的研究改善它們的性能。尋找"完美"的電極材料的研究從未停止過。在商用領域目前的陽極多由石墨碳制成，每克能攜帶370mAh電量(370mAh/g比容量)。而如果用碳納米管制成陽極，可以使性能翻三倍左右，達到1000mAh/g比容量。而更進一步研究發現，硅是更好的電池陽極材料。因為它具備4200mAh/g比容量。相比目前商用的電池，提供了10倍以上的性能。而直接使用硅陽極并不能在現有的鋰電池結構內正常工作。由于硅和鋰會在電池內部發生反應，它會膨脹到4倍正常的大小。

現在，加州大學河濱分校的研究人員已經開發出一種新的架構來將硅應用在鋰電池的陽極上。不僅能夠使單位重量材料攜帶更多電量，同時能讓充電速度快16倍左右。研究人員首先構建了一層石墨烯薄片，并在此基礎上使用柱狀碳納米管構建了柱狀的納米結構。最后他們使用溫和的電感耦合等離子體使之柱狀納米管變成錐形結構，最后他們將非晶硅沉積在上面。

應用這種結構的陽極的鋰離子電池在快速充放電循環中也表現出了極高的穩定性，陽極能達到1954mAh/g(是傳統陽極的五倍性能)。在230次充放電循環后仍保留有1200mAh/g的比容量。這種電池技術如果能夠批量生產，相信對智能手機和電動汽車行業的影響都十分巨大。

點評：提高電池的能量密度，實現閃充始終是鋰電池研究的熱門，相比于3D打印石墨烯電池來說，這種石墨烯加硅材料的電池還是處于研發階段，不過還是從其優越的性能表現可以看出該技術的廣闊的應用前景，充電速度快16倍、性能提升10倍以上，這真是值得令人尖叫的技術，拭目以待該技術的商用。這項技術算是在電極材料方面取得的最新進展，那么眾所周知鋰電池電解液也是電池的重要組成部分，這方面今年有什么新進展呢？

5.日本東京大學開發出了新一代鋰離子電池極“電解液”

據日本媒體報道，以東京大學研究生院工學系研究科教授山田淳夫與助教山田裕貴為核心組成的研發小組，發現了鋰離子電池可實現多種電解液的設計新方向。該研發小組開發出了極"濃電解液"，決定充電速度的Li+濃度達到以往電解液的4倍以上。該研究顛覆了"電解液溶劑只能使用碳酸乙烯酯（EC）"這一鋰離子電池誕生20多年來，技術人員一直深信不疑的定論。

據報道，東京大學開發的高濃度電解液具備所有溶劑都與Li+進行配位的特殊構造。另外，Li+與陰離子連續結合的特點也不同于以碳酸乙烯酯（EC）為溶劑的普通低濃度電解液。普通電解液的Li+濃度為1mol/L左右，此時離子導電度最大。這種濃度必需使用EC溶劑。如果使用EC以外的溶劑，電極會嚴重劣化。因為對于石墨等層狀負極，溶劑是在被Li+溶劑化的情況下進入（共合體）層間，電解液會繼續發生還原分解。基于這種定論，Li+的高濃度化以及EC以外的溶劑的探討變成了電池研究人員之間的盲點。

山田等人的研發小組著眼于這一盲點，向此前基本沒考慮過的電解液高濃度化發起了挑戰。高濃度電解液的離子載體密度非常高，有助于提高界面反應頻率，因此可實現時間不到以往1/3的快速充電。而且，選擇的鹽和溶劑的不同組合，還能表現出不同的特性。在對各種溶劑進行調查的過程中發現，除了通過提高濃度抑制共合體之外，很多溶劑還觀測到了還原穩定化。無需使用之前必不可少的EC溶劑，在以前屬于實用電解液討論范圍之外的乙醚系、亞砜系、砜系、腈系等多種有機溶劑中均發現石墨負極和鋰金屬負極會可逆動作。

點評：相比于上節電極材料方面的飛躍式的進展，東京大學的極"濃電解液"表現稍微遜色，不過打破了鋰離子電池誕生以來技術人員深信不疑的定論，從這一點上來說，入選今年鋰電池十大技術進步就當之無愧了。大家要知道，找到合適的電極算是構建了供鋰離子來回穿梭的樓層，而這種極濃電解液就是那個保證更多的鋰離子們暢游無阻的船只。東京大學開發的高濃度電解液什么時候能走出實驗室還是有待觀察的，不過技術的進展總還是能給人帶來鼓舞的。電極呀，電解液都是老生常談的話題了，而在這些慢慢變老的話題里，竟然還有新發現。

6.麻省理工宣布磷酸鐵鋰電池內部有新發現

美國麻省理工學院的研究人員最近宣布對長循環壽命和高功率磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池有了新的發現。

麻省理工學院(MIT)的研究人員發現，磷酸鐵鋰電池電極內部在充電過程中，固溶體區(SSZ)是在富鋰和貧鋰之間的邊界形成的，這一區域充電活動更集中，因為鋰離子從電極中被釋放出來。

這一發現將幫助研究人員和制造商制造性能更好的電池，因為由此可以更好地理解電極材料動態過程并進一步優化。

磷酸鐵鋰(LFP)電極充電或放電過程圖。由于鋰離子在充電過程中被分離，形成一個貧鋰磷酸鐵(FP)區域，但在兩者之間有一個固溶體區域(SSZ，暗藍綠色)，這一區域包含有一些隨機分布的鋰原子，不同于鋰原子的原始結晶材料(淡藍色)中的有序數組。

上述發現有助于解決有關磷酸鐵鋰電池的一個長期難題：在大塊晶體形式下，磷酸鐵鋰和磷酸鐵(FePO4是充電過程分離出來的)的離子導電性較差。然而，當進行摻雜和碳包覆優化，并在電池中使用納米顆粒后，這種材料表現出非常高的充電速率。

固溶體區類似一個"亞"狀態，在室溫下能夠至少持續幾分鐘，取代LiFePO4和的FePO4之間的明銳界面，明銳界面已被證明含有許多額外線缺陷，被稱為"錯位"，固溶體區就像一個緩沖區，減少"錯位"數量，阻止其伴隨電化學反應向前方移動。

點評：今年隨著新能源汽車的起飛，三元材料、磷酸鐵鋰電池也被炒得沸沸揚揚的，圍繞這些技術路線展開的紛爭不斷，但是卻鮮有新意，大多還是停留在前幾年的技術進展里討論。關注磷酸鐵鋰電池的朋友或許知道磷酸鐵鋰電池的導電性不好、電阻大等屢被三元材料的擁躉者嘲笑，不過MIT的研究人員新的發現有望解決這一難題，以此來提高磷酸鐵鋰和磷酸鐵離子導電性，進而提高充電速率。充電速率提高了，相應的電池壽命會降低的更快，這已被業界看成難以調和的矛盾，不過就在今年夏普稱研發出壽命可達70年的鋰電池，小伙伴們你們驚呆了嗎？

7.夏普研發超耐用鋰電池壽命可達70年

夏普（Sharp）已攜手京都大學田中功教授等人研發出一款使用壽命超長的鋰離子電池產品，并已成功做出邊長為8cm的試作品。據報導，以1天充放電1次計算，現行鋰離子電池使用壽命最長為10年（可充放電約3,600次），而夏普所研發的鋰離子電池已確定可擁有高達1萬次的充放電性能，且透過實驗得知，其充放電次數最高可達25,000次、使用壽命高達70年。

報導指出，夏普計劃將上述新研發的鋰離子電池充作風力、太陽能發電的大型蓄電池使用，且因其擁有超耐用性能，故即便太陽能電池面板或風力發電機老朽，蓄電池也可持續使用、無須更換，而降低蓄電池更換次數，也可降低發電成本。

夏普已將上述研發成果發布于英國科學雜志"NatureCommunications"的電子版上。

點評：當下的鋰離子電池壽命可以達10年之久，一般用在汽車上的動力電池廠家稱能壽命達8年左右，這很難消除用戶的顧慮，因為汽車消費者經常拿燃油汽缸的長久壽命和它比較，即便是用在要求較低一點儲能設備中鋰電池的壽命也僅10年左右，這次夏普將可以幫著鋰電池翻下身了，夏普研發的電池有一萬次充放電的超級性能，使用壽命長達7年，這樣的電池若是大規模商用的話，很有可能降低電池成本，因為長壽命分攤下來的話相當于目前的7倍，那就是意味更換一次這種電池，需要更換7次左右的現在普遍使用的鋰電池。這僅僅想想也是醉了，期待夏普的這種長壽命盡快商用，解決鋰電池高居不下的成本問題。電池成本若是很好的得到解決，電動汽車將會飛起來，但是就今年來說，你要是還是只知道到鋰電池那你就OUT了，下面讓我們來看看，號稱電動汽車"革命的種子"的石墨烯電池，據說明年要量產了呢！

8.西班牙石墨烯電池明年將投產8分鐘將電動汽車充滿電

據西班牙《世界報》網站12月4日消息，讓生產廠家放棄生產電動交通工具的主要原因就是電池電量的問題。該行業要求增加電池的效力和持續時間，以減少充電時間。這個令人頭痛的問題馬上就能得到解決。西班牙Graphenano公司（一家以工業規模生產石墨烯的公司）同西班牙科爾瓦多大學合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。明年該公司將將其投入生產。四大德國汽車生產公司中的兩家（現在還不能透明公司名稱）將在這個月用此電池與電動汽車進行試驗。

2004年，石墨烯在曼徹斯特大學唄安德烈?海姆博士和康斯坦丁?諾沃肖洛夫博士兩人共同發現，這種物質有著驚人的性能，它很薄，是超導體，透明度高，并且非常堅硬。雖然這些年人們一直認為這種材料將在電池領域帶來重大變革，但事實上將它大量投入生產非常困難。然而，在2012年Graphenano公司成為世界上第一家以工業規模生產石墨烯的公司。從那時起，這家公司主要從事于加快應用這種被稱為"上帝的材料"的研究。終于用它做出了電池。

這項新技術是將石墨烯做成聚合物。其優勢在于它的能量密度、持續時間、充電速度、重量和價格。該公司的副總裁強調："它對于特種業、汽車業、計算機產業和能源產業都意味著一個跨越性的發現，它能大大增加產業效率，并且能將之前的一些想象變成可能。"

這個新產品，有著遠超市場上其他產品的卓越性能。一個鋰電池（以最先進的為準）的比能量數值為180wh/kg,而一個石墨烯電池的比能量則超過600wh/kg。也就是說，它的儲電量是目前市場上最好的產品的三倍。

這種電池的壽命也很長，它的使用壽命是傳統氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍。用它來提供電力的電動車最多能行駛1000千米。而將它充滿電只需要不到八分鐘的時間。

石墨烯的特性也使得電池的重量可以減少為傳統電池的一半。這樣可以提高裝載該電池的機器的效率。科爾多瓦大學正在研究如何減小電池體積來使得電池外觀更完美。由于石墨烯的密度過大，目前只能應用于電動交通工具（包括汽車和船只等）。這個研究團隊希望在未來能減小它的體積使得能將其應用到電子設備當中，比如手機。

成本低是石墨烯的另一個優勢。生產這種電池的公司表示，它的成本將比鋰電池低77%。是消費者們能夠承擔的價格。因此，它將能被用于一些現有的設備和交通工具中，避免了和基礎設施不適配的問題。

科爾多瓦大學已經成功制造了這種電池的原型。有望能在2015年的第一季度將此類電池在西班牙推廣使用。并且先前提到的德國兩大汽車公司將在汽車上采用該技術進行試驗并加快實施這項工作。

點評：8分鐘充滿一輛電動車，續航1000公里，這不是天方夜譚，而是西班牙《世界報》網站上言之鑿鑿的字句，而且還是說明年將量產呢，這些就是來自于被稱作"上帝材料"的石墨烯，今年石墨烯在電池電池業界掀起了不小的浪潮，不過相比于誘人的實驗室假設，還是希望石墨烯電池能盡快商用，一掃電動汽車推而不廣的尷尬局面。在關注鋰電池革命性進展的同時，不要把最重要的鋰電池的安全性這點忘掉。金屬鋰枝晶抑制研究就是在鋰電池安全性方面取得進展的技術突破。

9.金屬鋰枝晶抑制研究獲新進展

12月4日，哈爾濱工業大學理學院物理系青年教師張耀輝副教授以第一作者身份在國際著名學術期刊《納米快報》，2013年度影響因子為12.94，5年影響因子為14.45)在線發表了題為《具有自取向納米結構的無枝晶金屬鋰的電沉積》的科研論文，哈爾濱工業大學物理系為第二署名單位。

金屬鋰具有極高的理論比容量（3860mAh/g）、最負的還原電位（-3.04V，相對于氫標電位）和極小的密度（0.59g/cm3），長期以來一直被視為一種極具競爭力的高容量二次電池負極材料。近來，隨著全球化石類能源的日漸短缺，開發以金屬鋰為負極的高容量二次電池重新成為國際研究的前沿熱點問題。然而，在電池充電過程中極易形成金屬鋰枝晶，造成電極循環的庫侖效率下降，甚至出現內部短路，電池熱失效或發生爆炸。四十多年來，金屬鋰電極的枝晶抑制一直沒有得到有效解決。張耀輝在這篇論文中，成功地在液態電解液中實現了無枝晶光亮金屬鋰電極的電沉積，解決了這一難題；此外，該文還首次發現液態電解液體系中電沉積的金屬鋰電極實際上具有緊湊型納米棒結構，此結果與之前人們認為無枝晶的金屬鋰應為致密結構的預測不同。該結構的發現有助于正確理解金屬鋰電極的沉積/溶解機理，進而促進金屬鋰枝晶抑制這一研究方向的深入。通訊評議審稿人認為：“該文中呈現的金屬鋰電極的均勻性及光滑程度非常高，該文報道了一個重要的研究成果。”

點評：電池的廣泛應用，安全問題將會變得日益嚴重，鋰電池內部短路引起著火爆炸的問題也越來越多，該項研究解決了四十多年來，金屬鋰電極的枝晶抑制的問題。這也為進一步解決鋰電池的安全為題打開了思路，隨著研究的深入，或許會有更多的特性被發現，這將有益于我們更安全的利用鋰電池。提到安全，三維電池你聽說過嗎？

10.三維微電池“秒充電”安全

如今智能手機電池電量有限，往往只夠一天上班時用。當手機電量低充電時又需要數個小時才能充滿，而長時間充電或通話時，手里使用的鋰電池甚至有爆炸的危險。

不過，隨著三維微電池技術研發的不斷突破，上述問題未來都有可能迎刃而解。

筆者從南京理工大學獲悉，該校格萊特納米科技研究所夏暉課題組取得了國內在三維納米電極的制備方法上的最新突破，中國超級微電池研發有了自己的技術儲備。

據筆者了解，該研究成果論文已發表在Nature系列雜志《NPGAsiaMaterials》（《自然-亞洲材料》）上。

課題負責人夏暉副教授告訴筆者，三維微電池是指擁有三維納米結構的新式薄膜微電池。和普通的鋰電池相比，二者在結構上相同，都是由正負極和電解質構成，最大的差異是在于材料。

區別于普通的鋰離子電池，微電池是以薄膜形式依次沉積，整個電池的厚度只有10-20微米，能設計成任意形狀和大小集成在IC卡電路中，可快速充電并且能循環充放電達上萬次。

因為采用了固態電解質，三維薄膜微電池完全避免了傳統鋰離子電池的爆炸風險。同時將電池使用溫度從現有的50提高到100以上。

“和電子元件在技術提升下尺寸越來越小相比，現在使用的電池技術沒有跟上這場賽跑，三維納米微電池將能改變這一切。”

在夏暉看來，當前人們在使用電池時仍要在功率和電量間做選擇，像手機采用的電池容量比較大，功率密度低，充放電速度慢，而超級電容器是功率密度大，但容量小，能量密度低，充放電速度快。

如何兼具高能量密度和高功率密度一直是電池界要解決的難題。而夏暉課題組則兼顧了上述"兩難"，也就是，在單位面積比能量密度增加的同時，同樣能實現快速充放電。

據了解，自20世紀90年代后歐美國家的薄膜微電池研發已取得了階段性成果，如今實現了小規模批量生產，在超級智能卡（如可視銀行卡）、電子標簽、微電子機械系統（MEMS）、植入型醫療裝置、微型傳感器以及微型特種技術裝備上應用前景廣闊。

據市場研究公司NanoMarkets發表的研究報告預測，2015年全球微電池市場價值將超過53億美元。

另外，筆者注意到，美國伊利諾斯州大學的科學家2013年曾研制出一種超級微電池，該微電池的功率是鋰電池的1000倍，一旦完成民用研發，理論上未來一部信用卡厚度的手機所需充電時間不到1秒鐘。在未來微電池技術革新之下，人們或許不再需要擔心手機沒電了，因為"讀秒充電"將成為現實。

點評：“讀秒充電”三維微電池聽起來多像科幻片里講述的故事，然而這就發生在國內，南京理工大學某研究所夏暉課題組取得了國內在三維納米電極的制備方法上的最新突破，這項前沿技術，據說可以避免了傳統鋰離子電池的爆炸風險，若真是一旦完成民用研發，無疑為鋰電池的大規模應用解決了后顧之憂，值得期待，但愿不會讓我們等太久。

總結：以上就是小編為大家整理的2014鋰電池十大前沿技術進展，但是掛一漏萬，還有很多前沿技術由于篇幅的原因，不能為大家一一道來。但是這些極具代表性的技術進展希望能帶給大家以啟發，小編將和大家一起關注未來的走向，在明年繼續關注相關領域的進展，看看這些技術能有多少走出實驗室，應用在生活中，2014即將結束，技術進展不會停歇，一起期待更好的鋰電池行業的未來吧！