【干貨】鋰電的最終形態——鋰空氣電池

如果說鋰硫電池是替代鋰電池的下一代鋰電，那么鋰空氣電池將是鋰電的最終形態。

從鋰電誕生到使用才短短的幾十年，然而電池產業已經逐漸替代化石能源。尤其是動力電源與3C設備對鋰電池有著源源不斷的需求。而目前的LiCoO2材料（理論比容量275mAh/g）始終制約著鋰電池的發展和使用。目前商業發展中，Tesla和比亞迪作為電動車的領頭行業，分別選擇三元正極材料和LiFePO4為鋰電池正極材料。但Tesla依舊使用松下制作提供的18650電芯，以上千個電芯組裝電池組，為汽車提供動力。同樣，LiFePO4由于理論容量惟有170mAh/g，且振實密度低，比亞迪所推出的汽車多數還是油電混合的過渡狀態。2016年5月10日，比亞迪在投資者互動平臺表示，公司將來的插電式混合動力汽車將嘗試使用三元鋰離子電池。廣受追捧的iphone6S也因1715mAh的電池飽受爭議，而后期推出的iPhone6sSmartBatteryCase更是顯現了蘋果公司在電源部分的短板。

目前人們急需一種高性能的新型電池，2012年，牛津大學的PeterGeorgeBruce教授在Nature發文提出新一代的高性能電池是鋰硫電池和鋰空氣電池。如果說鋰硫電池是替代鋰電池的下一代鋰電，那么鋰空氣電池將是鋰電的最終形態。

鋰空氣電池原理

鋰空氣電池（Li-Airbattery）正極為空氣，負極為金屬鋰。傳統商業化以LiCoO2為正極的鋰電池的理論比容量為273.8mAh/g，能量密度為360Wh/kg。而鋰空氣電池由于是一個開放體系，空氣電極沒有極限，因而理論容量大于其它關閉式電池。（以反應產物Li2O計算非水系能量密度為3505Wh/kg，水系以LiOH計算為3582Wh/kg，能量密度為LiCoO2電池的十倍左右）

鋰空氣電池電解液不同，具有不同的反應方程：

2Li++2e–+O2→Li2O2（非水系電解液）

2Li++2e–+?O2+H2O→2LiOH（水系電解液）

注：非水系電解液以有機溶劑替代水溶解鋰鹽，本文以非水體系為主。

反應方程相比LiCoO2和Li-S都要簡單，但反應過程中同樣存在一系列副反應，副反應產物以LiOH和Li2（CO3）為主。為降低副產物，提高循環效率，研究人員多以純氧O2環境反應，因此鋰空氣電池（Li-Airbattery）也稱之為鋰氧電池（Li-O2battery）。

圖1：LiCoO2型鋰電池與Li-O2電池的反應機理圖

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