【干货】锂电的最终形态——锂空气电池

如果说锂硫电池是替代锂离子电池的下一代锂电，那么锂空气电池将是锂电的最终形态。

从锂电诞生到应用才短短的几十年，然而电池产业已经逐渐替代化石能源。尤其是动力电源与3C设备对锂离子电池有着源源不断的需求。而目前的LiCoO2材料（理论比容量275mAh/g）始终制约着锂离子电池的发展和应用。目前商业发展中，Tesla和比亚迪作为电动汽车的领头行业，分别选择三元正极材料和LiFePO4为锂离子电池正极材料。但Tesla依旧使用松下制作提供的18650电芯，以上千个电芯组装电池包，为汽车提供动力。同样，LiFePO4由于理论容量只有170mAh/g，且振实密度低，比亚迪所推出的汽车多数还是油电混合的过渡状态。2016年5月10日，比亚迪在投资者互动平台表示，公司未来的插电式混合动力汽车将尝试使用三元锂电池。广受追捧的iphone6S也因1715mAh的电池饱受争议，而后期推出的iPhone6sSmartBatteryCase更是显现了苹果公司在电源部分的短板。

目前人们急需一种高性能的新型电池，2012年，牛津大学的PeterGeorgeBruce教授在Nature发文提出新一代的高性能电池是锂硫电池和锂空气电池。如果说锂硫电池是替代锂离子电池的下一代锂电，那么锂空气电池将是锂电的最终形态。

锂空气电池原理

锂空气电池（Li-Airbattery）正极为空气，负极为金属锂。传统商业化以LiCoO2为正极的锂离子电池的理论比容量为273.8mAh/g，能量密度为360Wh/kg。而锂空气电池由于是一个开放体系，空气电极没有极限，因而理论容量大于其它封闭式电池。（以反应产物Li2O计算非水系能量密度为3505Wh/kg，水系以LiOH计算为3582Wh/kg，能量密度为LiCoO2电池的十倍左右）

锂空气电池电解液不同，具有不同的反应方程：

2Li++2e–+O2→Li2O2（非水系电解液）

2Li++2e–+?O2+H2O→2LiOH（水系电解液）

注：非水系电解液以有机溶剂替代水溶解锂盐，本文以非水体系为主。

反应方程相比LiCoO2和Li-S都要简单，但反应过程中同样存在一系列副反应，副反应产物以LiOH和Li2（CO3）为主。为降低副产物，提高循环效率，研究人员多以纯氧O2环境反应，因此锂空气电池（Li-Airbattery）也称之为锂氧电池（Li-O2battery）。

图1：LiCoO2型锂离子电池与Li-O2电池的反应机理图