鋰離子電池為何成為儲能電池的“頂流”

2024年，全球鋰離子電池出貨量超1.3太瓦時。我國鋰離子電池總產量1170吉瓦時，同比增長24%；行業總產值超過1.2萬億元，鋰離子電池裝機量（含新能源汽車、新型儲能）超過645吉瓦時，同比增長48%。鋰離子電池、光伏產品和電動汽車“新三樣”，已經成為我國出口產品的亮麗名片。

電池儲存電能的能力，取決于其儲存單位電子所需要的質量。元素的荷質比（即單位質量所對應的電荷量）越大，在有限空間或質量中儲存的電能越多。在無毒無害且具有電化學活性的元素當中，鋰元素是荷質比最高的固體元素，這種特性讓鋰成為高能量密度電池的一種關鍵材料。

在鋰離子電池中，鋰元素是以化合物的形式嵌入在多層結構的正、負極中的，大多數情況下為+1價，即鋰離子狀態。它的工作原理“脫嵌反應”，就像圖書館的“書籍借還”系統：鋰離子在電池的正負極之間來回穿梭，充電時從“正極書架”搬到“負極書柜”（從正極脫出，向負極嵌入），放電時又原路返回（從負極脫出，向正極嵌入）。中間的電解質如同圖書管理員，確保搬運過程井然有序。更神奇的是，電池內部自帶充當“防盜門”的界面保護膜（SEI膜），讓這些“能量書籍”能夠長期穩定保存。能夠以高能形式長期穩定工作，是鋰離子電池在儲能領域脫穎而出的根本原因。

鋰離子電池還具有成本低廉的優勢。其正極采用過渡金屬元素的氧化物，在地殼中的儲量較大；其負極采用常見的石墨材料，成本較低。在汽車領域，鋰離子電池的制造成本已經能夠與內燃機動力系統競爭。按照百公里用電量20千瓦時計算，電池充電僅需要20元左右；而按照油價計算，百公里油耗成本可能超過50元。2024年，我國新能源汽車月銷量占比首次超過燃油車，標志著新能源車正成為市場主流，這也是全球汽車行業轉型升級的重要里程碑。

當前，鋰離子電池在消費類電子領域的應用已趨于成熟，相關產品更新換代較快，因此對電池壽命的要求并不高。科研攻關的主要方向，在于如何提高比能量、比功率，以延長電子產品的續航時間，提升充電速度。對此，科學家正在研究采用石墨摻硅的方式獲得更高的電池比能量，同時在電極材料中增加高導電、導離子材料，以提升電池的充電速度。

新型儲能接下來要實現規模化、產業化、市場化發展，仍需在固態化、安全化、智能化等方面下功夫。圍繞著“材料創新、安全保障、智能優化”的發展周期，鋰離子電池正在不斷進化，提升用戶體驗。傳統鋰離子電池主要采用有機液態電解質，而有機電解質易燃，因此關鍵材料創新要靠采用本征不可燃的固態電解質來實現。安全保障方面，科學家持續提升電池的能量密度和最大容量，擴展鋰離子電池的性能邊界，同時保證電池的安全使用。與此同時，業界正在探索使用AI算法尋找新型鋰離子電池材料，優化電池的制造過程，提升電池全生命周期的管控效率，加速鋰離子電池的正向設計過程。

這場科技的馬拉松永無止境：中國科學院物理研究所團隊孵化的北京衛藍新能源科技股份有限公司，研發出本質安全的固態儲能電池，通過長壽命電池體系搭建技術、“呼吸式”技術，控制電極界面始終處于最優狀態，顯著延長了固態電池的壽命，在新能源汽車、儲能電站、游艇中得到應用；清華大學材料學院孵化的清陶（昆山）能源發展集團股份有限公司，聚焦固態鋰離子電池及其關鍵材料研發，采用納米級固態電解質、復合正負極材料等技術，實現超高能量密度與長壽命性能的兼顧，相關電池產品在新能源汽車、特種儲能等領域得到廣泛應用。這些“黑科技”讓我們相信，下一代電池正從科幻變為現實。

值得一提的是，我國正在積極探索新能源汽車與電網雙向互動（V2G），通過充換電設施與供電網絡相連，未來新能源汽車將在電網調峰中發揮更大作用。以鋰離子電池為核心的新型能源系統藍圖還在不斷擴展，存在無限可能。隨著“雙碳”目標的推進，我國能源結構持續向綠色低碳轉型，國內各個企業正多線布局儲能賽道，在多種差異化技術路徑中積極實踐，為儲能發展瓶頸提供不同的解決方案。截至2024年年底，我國新型儲能累計裝機規模超過70吉瓦，約為“十三五”末的20倍。這場儲能革命不僅是技術之爭，也是國家能源安全的戰略布局。