什么是鋁離子電池

在期刊《SCIENCEADVANCES》上有報道說利用石墨烯做正極的鋁離子電池可以實現(xiàn)高倍率性能和高循環(huán)壽命的性能。一經(jīng)推出，就得到了業(yè)內(nèi)廣泛的關注和討論。那么什么是鋁離子電池？發(fā)展應用前景怎么樣呢？

1．鋁離子電池——能量密度能有多少？

首先看看作者本人的摘要中對鋁離子電池的介紹。

該工作的創(chuàng)新點在于，做了一種新型結構的3高3連續(xù)（3H3C）石墨烯膜正極，其具有高質量，取向性和局部通道，這樣可以保證電子、離子傳導以及足夠的活性物質質量。該正極容量在1．1s充電時的容量為120mAh／g，25萬次循環(huán)后容量保證率為91．7％，在高低溫下工作性能出色，而且具有柔性。

不難看出，該石墨烯－鋁金屬的鋁離子電池的高低溫、柔性、倍率性能很優(yōu)秀，這當然很大程度利益于制備的石墨烯電極。然而摘要是一個突出亮點的地方，突出的成果都會在這里反應，可是在這里電池的幾個重要的參數(shù)都沒有說：比如體積能量密度、質量能量密度。

1）體積能量密度低的話，手機和汽車這兩個電池最為重要的領域中想要應用基本是沒有希望的——空間非常有限，必須充分利用。而手機和汽車同樣都在追求長續(xù)航，此時必須要求高的能量密度。

翻到文章第5頁，看到了作者對自己電池性能的介紹：66Wh／kg（質量能量密度）。

首先，66Wh／kg仍然是鋁離子電池典型能量密度范圍值40～65Wh／kg，這個數(shù)據(jù)比鋰離子電池要低很多：磷酸鐵鋰100＋Wh／kg，三元的接近200Wh／kg。以鋁離子電池這樣的能量密度在手機和汽車領域上用，基本也只能對準混合動力汽車了，而且插混都有點懸，手機則更難有希望。

作者對鋁離子電池技術的總體總結

2）更大的問題在于全文都沒有提及體積能量密度相關數(shù)據(jù)，考慮到該電池質量能量密度不高，使用的材料偏膨松（石墨烯等），其體積能量密度可能也很難達到三元類鋰電池的1／3。因為該文作者并沒有提到這方面的數(shù)據(jù)，因此筆者也只能基于已有數(shù)據(jù)和常識進行推斷：體積能量密度數(shù)據(jù)很可能很難看。

在這里再強調一下體積能量密度的意義：如果造的電池不重，但是體積好大，攜帶裝載也會有很大的問題，尤其是在移動儲能用途中（手機、汽車）難以實用。而對于體積要求不太嚴格的固定式儲能，體積龐大的儲能方式可能會更合適，比如液流電池就是典型代表。

實際上，目前鋁離子電池體系很難找到合適的正極材料，釩系化合物的容量和電壓都不好看，石墨烯也只能是從矮子里撥將軍，而電解液（只能用離子液體）等方面的限制也使得鋁離子電池能量密度沒有突破的跡象，因此目前的能量密度性能極大的限制了該技術的更廣泛應用的可能性。

2．鋁離子電池成本分析

綜合以上兩方面性能作者報出的數(shù)據(jù)，以及分析可以看出鋁離子電池可能更適合功率型場合，對于現(xiàn)有鋰離子電池的取代潛力不是太大，對電容的威脅倒是不小，如果成本能做下來也可以去跟能量密度差不多的鉛酸做競爭。

而在最后作者也給出了一個自己的評價——主要針對capacitor－dominanthigh－powerdensityenergystoragesystem?？傊褪轻槍Ω吖β暑I域。

體積能量密度從目前來說無從知曉，剛才也說到了如果成本能夠做下來可能也會有一定的潛力。不過該體系用了幾個材料：石墨烯、離子液體、鋁金屬。

石墨烯正極的原料為氧化石墨烯GO，將其涂成定向膜后再還原，最后再在2850℃條件下處理才能得到最終需要的材料，與生產(chǎn)石墨需要的處理溫度相似。因此該工藝路線使用的石墨原料－石墨烯電極制備相當于要經(jīng)過兩次2850℃的處理，這肯定會增加對于爐體的要求、耗能方面的需求。

有人可能會問：為什么二次處理石墨烯時不能降低溫度？答案簡單：石墨烯如果是走的氧化還原路線，材料結構完美程度會受氧化影響遭受破壞，溫和的還原條件是不足以解決問題的，需要高溫才能使其有效回復；而如果使用石墨烯用的是其它方法，比如CVD、機械剝離，制備的材料的質量會很高，可能不用高溫處理，但是這些方法的量產(chǎn)能力常常非常受限。兩難之處就在于此。

另外離子液體的確也是比較重要的有發(fā)展前景的技術。然而對于鋁離子電池來說，目前其技術似乎極其依靠離子液體，其目前存在粘度大、成本高等一系列的問題，這極大的加大了鋁離子電池的成本。當然了，假以時日，在科研界和工業(yè)界的共同努力下，以后離子液體的確有很大的進步空間，應用前景值得期許。

因此總體來說，相比于現(xiàn)在常見的電池體系：鋰電池、鉛酸使用的材料都已經(jīng)比較常規(guī)，可以做到穩(wěn)定的量產(chǎn)，這對于（尤其是近年來）降低電池成本起到了相當大的支撐作用。但是對于鋁離子電池體系來說，原料產(chǎn)業(yè)化、經(jīng)濟實用化的工作，還有相當多的工作要做。