“三天不吃盐，一身软绵绵”，长时间不摄入盐分，人体会感到虚弱无力，甚至走路都不稳。盐对于生物体十分重要。电池其实也离开不了各种“盐”离子的帮忙。所以说大多数电池都是重口味的。
首先声明，本文所提及的“盐”，其实指的是“金属盐”。锂、钠、镁等金属元素之所以会被广泛称为“盐”，是因为它们与非金属元素结合形成的化合物具有盐的典型性质，并且这些化合物在化学和工业中被广泛称为某某“盐”。这种命名不仅反映了化学性质，也便于在实际应用中识别和使用这些化合物。但化学这玩意危险性极高，千万别真的往锅里放。
什么是“金属盐”
金属盐是由一种或多种金属离子（如铜离子Cu²⁺、铁离子Fe³⁺、锌离子Zn²⁺等）与阴离子（如氯离子Cl-、硫酸根离子SO₄²⁻、碳酸根离子CO₃²⁻等）结合而成的化合物。通常呈现出固态结晶的形态，能够溶于水或其他溶剂中。它们广泛存在于自然界和工业中。通过离子键结合，具有特定的物理化学性质，广泛应用于食品、化工、电池技术等多个领域。优异的导电性和稳定性，使其成为电化学装置中不可或缺的成分。
金属盐常被用于烟花原料呈现不同色彩
值得一提的是，阳离子为重金属（如铜、铅、锌、铁、镍、锰、镉、汞等，其密度通常在5.0g/cm³以上）的盐称为重金属盐。一些金属盐，如醋酸铅、氯化汞、硫酸铜、硝酸银等，是蛋白质的沉淀剂，具有毒性，人若吸收了这些重金属盐类，体内的蛋白质会生成沉淀物，导致蛋白质变性而中毒。但也有例外，如硫酸钡不溶于水、不溶于酸或脂，不会游离出有毒离子，所以在医疗领域，胃镜检测之中所用到的“钡餐”，使用的正是硫酸钡的悬浊液。
电池为何需要“金属盐”
“金属盐”在电池的电化学反应中扮演了关键角色，特别是离子传导、能量存储和释放过程中。金属盐中的金属阳离子（如Li⁺、Na⁺等）能够在电解质中自由移动，从而传导电荷，充电时离子从正极脱嵌，经过电解质迁移到负极并嵌入其中，放电时则反向进行。这个过程能够有效地存储和释放能量，完成电池工作循环并能够反复使用。
离子电池需要可以迁移的金属电荷
这对于电池的正常工作至关重要。因此，金属盐是电池中不可或缺的化学成分，也是电池技术发展的核心。金属盐中的金属阳离子在不同电极材料中的行为决定了电池的电压。例如，锂离子在不同材料（如石墨和氧化钴）中的电化学电位差决定了锂离子电池的工作电压范围。这让锂离子电池不但能成为如手机、笔记本等消费电子能量来源，也能为电动汽车提供必要的动力保证。
锂电池是不是“盐”离子电池
锂离子电池(Li-ion Battery)具有如今各种电池之中最高的能量密度，适合需要高功率输出和轻量化的应用，如智能手机、电动汽车等。在一些高端应用之中能够实现快的充电速度。只不过锂作为稀有金属已探明资源十分有限，如今最大的锂产地是刚果（金）政治局势并不稳定，这让锂离子电池的成本控制难度极大，海鲜价的金属锂十分掣肘于当今行业对于锂电池的需求。另外还有一点，作为碱金属家族中的一员，锂元素是整个元素周期表之中最为活泼的金属，源于其电子结构和原子性质，使其在空气中容易与水和氧气发生反应。
锂离子电池工作原理
最为致命的一点是，如今广泛应用于电动汽车的三元锂电池，其正极材料（如镍钴锰氧化物）在高温下会分解并释放出氧气。作为助燃剂，氧气会进一步推动燃烧反应，使得火焰难以熄灭。并且由于氧气从电池内部持续释放，即使没有外部氧气供应，电池仍能维持燃烧，这也解释了为什么一旦纯电动汽车的三元锂电起火燃烧，最佳的救助办法是将其就近推入水中让其自燃殆尽，或者只能持续浇水降温防止爆炸别无他法。
锂离子电池广泛应用于电动车行业
从广义角度来看，技术成熟，供应链完善的锂离子电池应该被视为“盐”离子电池，因为它依赖于锂盐在电解液中的离子传导来工作。而锂离子电池使用的电解液通常是溶解在有机溶剂中锂盐（如六氟磷酸锂 LiPF₆）。但在现实之中，极少会将锂离子电池称为“盐”离子电池，主要因为锂离子电池，已经被广泛使用几十年，成为非常具体的行业术语。名称高度关联于使用锂作为电荷载体的电池技术，为此很少特别强调它使用的锂盐。如今大家所听到的“盐”离子电池通常指那些在近年来作为锂离子电池替代品而开发的技术，用于描述那些使用除锂以外的其他金属离子（如钠、钾、镁、锌等）作为电荷载体的电池技术。
还有哪些“重口味”电池
钠离子电池（Sodium-Ion Battery, SIB）技术最大优势在钠元素广泛分布于地壳，储量远超被少数国家资源控制的锂，开采提取成本低，无需担心原料供应链中断。另外钠离子电池的化学性质相对稳定，电解液多为水系或其他较为安全的材料，降低了热失控的风险。低温性能优于锂电池让其更适合在寒冷地区使用。另外钠的开采和加工对环境的影响相对较小，废旧处理和回收更容易，这让生产及回收过程减少环境负担，相对环保。
钠离子电池工作原理
如今其研发应用范围主要面对电网储能、可再生能源储能等。主要缺点是能量密度低于锂电池，相同体积和重量下储能较少，对能量密度要求较高的便携电子设备或电动汽车不太友好。由于钠离子迁移速度较慢，充电速度无法达到锂电池水平。离子半径较大导致电池材料的体积和重量较大，影响了便携性和应用灵活性。目前大多数钠离子电池的循环寿命不及锂离子产品，长期稳定性也有待提高，大规模商用仍需时日。
钾离子电池工作原理
就在撰写本文前两周，美国的Group1公司宣布推出全球首款18650圆柱的钾离子电池（PIB）。正极材料采用名为Kristonite的普鲁士白钾（KPW），锂、钠、钾三种元素同属第一主族，统称为 “碱金属”，他们的元素性质接近，所以钾离子电池和钠离子电池也采用与锂离子电池相同的工作原理。与基于磷酸铁锂的锂离子电池（LFP-LIB）和钠离子电池相比，钾离子电池在性能、安全性和成本方面表现更加均衡，另外一个十分明显的优势在于，钾不会形成 Al-K 金属间化合物，所以可以使用铝箔代替铜箔用作此类电池中的负极集流体，可有效降低整体成本。基于元素电极电位的差异，钾离子电池在更宽电压范围内以更高电压运行的潜力，在电解质溶液中能更快速地扩散达到更高的功率密度。
具有不同复合阴极的可充电铝离子电池
镁离子电池（MIB）、铝离子电池（AIB）、锌离子电池（ZIB）以及钙离子电池（CIB），这几种盐离子电池，分别以不同金属离子作为电荷载体，相似的是它们在地壳的资源分布都十分丰富。并且都具有“多价性质”优势。与锂离子Li⁺的单个正电荷相比，镁离子（Mg²⁺）、锌离子（Zn²⁺）、钙离子（Ca²⁺）的阳离子上均携带两个正电荷，而铝离子（Al³⁺）更是多达三个正电荷之多，理论上这有助于提供非常高的能量密度。然而时至今日这几种盐离子电池虽然在各自发展中都取得了一定的进展，但并不算特别顺利，技术挑战十分明显。比如铝离子电池在研发过程中发现，铝电极与电解质之间的反应会产生严重腐蚀，充电速度也相对较慢，这导致电极利用率大幅降低，原本寄望的高能量密度理论值无法实现；而锌离子电池正在正极材料和电解质选择上存在困难，特别是充放电过程中会出现类似锂电池的枝晶生长、容量衰减，均是制约锌离子电池发展的关键因素；至于钙离子在电池中的传输和储存机制较为复杂，需要克服离子迁移速度慢、电极材料稳定性差所以以钙离子为原料的研究甚至越来越少。。
Lyten生产的锂硫电池
锂硫电池（Li-S）属于比较神奇的产物。它是一种以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。利用硫与锂之间的电化学反应来储存和释放能量。在放电过程中，负极的金属锂失去电子变为锂离子，并通过电解质迁移到正极。在正极，硫与锂离子及电子反应生成硫化物，从而释放出能量。充电过程则是这一反应的逆过程，即硫化物在正极被氧化回硫，同时锂离子在负极被还原为金属锂。锂硫电池的理论比容量高达1675mAh/g，远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（小150mAh/g），因此具有极高的能量密度潜力。然而，硫作为不导电的物质，并不利于电池的高倍率性能。并且锂多硫化合物溶于电解液，这会导致活性物质损失和电能的浪费，降低电池的性能。关键是，硫在充放电过程中体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池因为体积变化过大而损坏。所以锂硫电池若想商业化，必须寻找更为优化的电解质配方，改进正极材料结构、开发新型固态电解质等方法来提高锂硫电池的性能和稳定性。
结语
除了技术较为成熟的锂离子电池意外，绝大多数盐离子电池如今仍停留在实验室或者小范围的商业领域之中。但凭借对高能量密度、长循环寿命、稳定性等未来可期的技术目标追求，相信随着科学技术的不断进步与发展，终将克服当下缺点，让这些重口味的盐离子电池们，成为未来电池技术的全新选择。
欢迎线上购买《汽车之友》杂志
北京时尚
成都杂志铺
扫码进店，线上购买，快递到家
