全球首款18650钾离子电池问世，可替代锂电池，适用于电动汽车和储能领域

电子发烧友网报道（文/李弯弯）8月4日消息，Group1公司宣布推出全球首款采用18650 圆柱形外壳的KIB钾离子电池。该公司介绍，其新型钾离子电池可无缝集成到现有的LIB锂离子电池生产流程中，有望为传统锂离子电池提供一种可持续且经济高效的替代品。

钾离子电池的工作原理

Group1公司首席执行官Alexander Girau 表示，这款新电池经过多年的研发，性能表现出色。其具有出色的循环寿命，能够在多次充电和放电循环后仍保持较高的容量，这对于电动汽车等应用至关重要。此外，该电池还具有强大的放电性能，能够在需要时有效地提供电力。

据介绍，这款电池采用了Group1公司名为Kristonite的4V普鲁士白钾（KPW）正极材料，与基于磷酸铁锂的锂离子电池（LFP-LIB）和钠离子电池（NIB）相比，在性能、安全性和成本方面表现更加均衡。

该公司表示，这款钾离子电池采用与广泛使用的18650锂离子电池相同的尺寸规格，直径18毫米，高65毫米，可无缝集成到现有设备和应用中。

该电池在3.7V的标称电压下运行，因此可确保与现代电子设备和系统兼容。此外，该电池的能量密度可达到160-180Wh/kg，与磷酸铁锂电池相当。

另外，值得一提的是，这款钾离子电池采用的是已经商业化的石墨负极、隔膜和电解质配方，降低了供应链的复杂度，减少了对镍、钴、铜和锂等关键矿物的依赖。

Group1公司已经在向原始设备制造商和电池制造商中的合作伙伴分发这款钾离子电池样品，希望其可以成为磷酸铁锂电池和钠离子电池的有力替代。

事实上，钾离子电池的工作原理与锂离子电池和钠离子电池相似，遵循“摇椅式”工作原理，即在充/放电过程中钾离子在电极之间进行可逆迁移。

钾离子电池的核心组成包括正极、负极、电解质及隔膜。正负极活性物质均可涂覆于铝箔之上，正极与负极之间用隔膜隔开，以避免短路。电解液多为混合着钾盐的有机溶液，常见的钾盐有六氟磷酸钾(KPF6)，常见的溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)等。

在充电过程中，钾离子从正极材料中脱出，通过隔膜和电解液等部分向负极一侧移动，嵌入负极材料中。此时，正极材料处于贫钾态，而负极材料则因嵌入钾离子而存储了能量。同时，外部电源提供的能量（电能）被转换并以化学能的形式存储在电池中。以锰基材料为例，在充电状态下，锰基材料在正极将钾锰酸盐还原成氧化的锰带正电，同时电极中的钾离子向外扩散并形成溶液。

在放电过程中，钾离子从负极材料中脱出，通过隔膜和电解液向正极侧移动，嵌入到正极材料中。此时，正极材料重新获得钾离子，回到富钾态，并释放出存储的能量。同时，实现化学能向电能的转换。在这个过程中，为了保持充、放电过程中的电荷平衡，反应过程中电子经外电路传递的数量应该相同，维持一定的电位。

钾离子电池的充放电过程本质上是钾离子在正负极材料之间的可逆扩散过程，也是电能与化学能之间的能源转换过程。在充电时，电能转化为化学能存储在电池中；在放电时，化学能又转化为电能释放出来。

钾离子电池的优势及研究进展

如今锂离子电池应用已经非常成熟，为什么还要研究钾离子电池呢？首先是钾元素在地壳中的储量相对丰富，远超过锂元素，且开采和加工成本相对较低。这使得钾离子电池在原材料成本上具有显著优势，有助于降低电池的整体制造成本，提高产业的可持续性。

此外，相比于锂离子电池，钾离子电池具有高能量密度特性，高能量密度意味着更长的续航时间和更小的电池体积，对于电动汽车等移动应用尤为重要；高工作电位窗口，这意味着其可以在更广泛的电压范围内工作，提高电池的性能和稳定性；快速充放电能力，钾离子在电解液中的迁移速率较快，使得钾离子电池具有较快的充放电速度，适合用于需要快速充放电的场合。

相比于锂离子电池，钾离子电池在安全性方面也具有一定优势。金属钾的熔点远低于金属锂和钠，因此钾枝晶的机械性能弱得多，且可以通过控制温度来减弱钾枝晶的形成，降低安全隐患。此外，钾离子电池在过充、过放等极端条件下也表现出较好的稳定性。

除了Group1公司，国内也有企业和机构在钾离子电池的研究中取得进展。今年7月消息，安徽国芯新材料股份有限公司与武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室合作，基于电子/离子双连续输运储能材料与器件多尺度调控技术，成功研发出了全球首款可商用的钾离子电池产品。

该电池具有高能量密度（电芯能量密度为151Wh/kg）、长续航（充满电可续航130公里到150公里，较铅酸电池提高3倍左右）和低成本（与铅酸电池生产成本基本相当）等优势。有望在未来逐步取代两轮电动车用铅酸电池，并在其他领域得到广泛应用。

安徽国芯新材料股份有限公司研制的小型钾离子储能系统已在多个项目中开展示范应用，钾离子电池组也在电动自行车上开展了路试评测。该公司预计今年年底可实现钾离子电池关键电极材料、电芯与储能系统的量产，这将为钾离子电池的商业化应用奠定坚实基础。

安徽国芯新材料股份有限公司成立于2021年，主要围绕新能源、新材料进行技术研发。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室是中国在材料科学领域的重要研究机构，致力于材料复合新技术的研究与开发。

写在最后

可以看到，钾离子电池由于钾元素的丰富性和稳定性，使其在工业生产和大规模应用方面更具优势。此外，钾离子电池还具有容量高、充放电效率高、安全性好等优点，是未来发展的趋势之一。它特别适合于储能和电动汽车等领域的应用。

不过尽管如此，钾离子电池目前仍面临一些技术挑战，如钾离子的半径较大导致对电极材料的要求较高；循环寿命和能量密度仍有待提升等。因此，研究钾离子电池需要不断探索新的电极材料、电解液和电池结构等关键技术领域，以实现性能的突破和成本的降低。