隨著電子技術(shù)的不斷進步，電池的使用更加廣泛。鋰離子電池是許多電池中使用最廣泛的。原因是鋰離子電池是可重復(fù)使用的二次電池，與生產(chǎn)、使用和處置中的其他電池相比，對環(huán)境的污染要小得多。

盡管鋰離子電池具有其他電池?zé)o法比擬的優(yōu)勢，但它們?nèi)匀粺o法在現(xiàn)有的鋰離子電池中發(fā)揮作用。因此，開發(fā)具有更高能量密度的新型鋰離子電池已成為鋰電池行業(yè)最緊迫的任務(wù)。讓我們利用這篇文章了解鋰電池行業(yè)的最新8項發(fā)展。

 

全固態(tài)鋰離子電池

目前商用的鋰離子電池電解液是液態(tài)的，因此也被稱為液態(tài)鋰離子電池。簡單地說，全固態(tài)鋰離子電池意味著電池結(jié)構(gòu)中的所有部件都以固態(tài)形式存在，用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池的液體電解質(zhì)和隔膜。

與液態(tài)鋰離子電池相比，全固態(tài)電解質(zhì)具有以下優(yōu)點：

● 安全性高/熱穩(wěn)定性好，可在60-120°C下長時間正常工作；

● 寬電化學(xué)窗口，可達到5V以上，可匹配高壓材料；

● 只傳導(dǎo)鋰離子而不傳導(dǎo)電子；

● 冷卻系統(tǒng)簡單，能量密度高；

● 可應(yīng)用于超薄柔性電池領(lǐng)域。

但缺點也很明顯：單位面積的離子電導(dǎo)率低，室溫下比功率差；成本非常昂貴；難以在工業(yè)上生產(chǎn)大容量電池。

 

 

全固態(tài)鋰離子電池

電解質(zhì)材料的性能在很大程度上決定了全固態(tài)鋰離子電池的功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能和使用壽命。固體電解質(zhì)可分為兩類：聚合物電解質(zhì)和無機電解質(zhì)。固態(tài)電池技術(shù)被公認為下一代關(guān)鍵開發(fā)的創(chuàng)新電池技術(shù)。相信在不久的將來，技術(shù)將越來越成熟，這些問題將得到解決。

 

高能量密度三元材料電池

隨著人們對電池能量密度的追求，三元正極材料越來越受到關(guān)注。三元正極材料具有比容量高、循環(huán)性能好、成本低的優(yōu)點，通常指鎳鈷鋰錳氧化物材料的層狀結(jié)構(gòu)。通過增加電池電壓和材料中鎳的含量，可以有效地提高三元正極材料的能量密度。

增加三元材料能量密度的另一種方法是增加材料中鎳的含量。一般來說，高鎳三元正極材料是指材料中鎳的摩爾分數(shù)大于0.6。這種三元材料具有高比容量和低成本的特點，但具有低容量保持率和較差的熱穩(wěn)定性。

通過改進制備工藝，可以有效地提高這種材料的性能。微納米尺寸和形貌對高鎳三元正極材料的性能有很大影響。因此，目前的制備方法大多集中于均勻分散，以獲得尺寸小、比表面積大的球形顆粒。

 

 

高容量硅碳陽極

作為鋰離子電池的重要組成部分，陽極材料直接影響電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性和性能等關(guān)鍵指標(biāo)。硅目前被稱為比容量最高的鋰離子電池的陽極材料。

然而，由于其超過300%的體積效應(yīng)，硅電極材料在充電和放電期間將被粉碎并從集電體上剝離，從而活性材料和活性材料之間以及活性材料和集電體之間的電接觸將丟失。

同時，不斷形成新的固體電解質(zhì)層SEI，這最終導(dǎo)致電化學(xué)性能的惡化。為了解決這一問題，研究人員進行了大量的探索和嘗試，其中，硅碳復(fù)合材料是一種很有前途的材料。

碳材料作為鋰離子電池的負極材料，在充放電過程中體積變化小，循環(huán)穩(wěn)定性好，導(dǎo)電性好，因此經(jīng)常用于與硅復(fù)合。使用硅-碳復(fù)合材料，利用碳材料的孔隙率來抑制和緩沖硅活性中心的體積膨脹，防止顆粒團聚，防止電解質(zhì)滲透到中心，并保持界面和SEI膜的穩(wěn)定性。

 

高壓高容量富鋰材料

富鋰錳基具有高的放電比容量，約為當(dāng)前使用的正極材料的實際容量的兩倍，因此廣泛用于鋰電池材料。此外，由于該材料含有大量Mn元素，因此它比LiCoO2和三元材料更環(huán)保、更安全、更便宜。因此，富鋰錳基材料被許多學(xué)者視為下一代鋰離子電池正極材料的理想選擇。

 

 

目前，共沉淀法主要用于制備富鋰錳基材料。雖然這種材料具有很高的比容量，但在實際應(yīng)用中仍存在一些問題。通過采用金屬氧化物涂層、與其他正極材料復(fù)合、表面處理、特殊結(jié)構(gòu)和低上限電壓預(yù)充放電處理等措施，可以很好地解決富鋰錳基材料的上述問題。

 

耐高壓電解液

盡管高壓鋰電池材料越來越受到重視，但在實際生產(chǎn)和應(yīng)用中，這些高壓正極材料仍然無法取得良好的效果。最大的限制因素是碳酸鹽基電解質(zhì)的低電化學(xué)穩(wěn)定性窗口。開發(fā)能夠承受高壓的電解質(zhì)系統(tǒng)已成為促進這種新材料實際應(yīng)用的重要部分。

通過開發(fā)和應(yīng)用新的高壓電解質(zhì)體系或高壓成膜添加劑來提高電極/電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性是開發(fā)高壓電解質(zhì)的有效途徑。用于提高電解質(zhì)耐電壓能力的添加劑通常包括含硼、有機磷、碳酸鹽、含硫、離子液體和其他類型的添加劑。

 

耐高溫分離器

鋰電池隔板在鋰離子電池中主要起到傳導(dǎo)鋰離子和隔離陰極和陽極之間的電子接觸的作用。它是支撐電池完成充電和放電電化學(xué)過程的重要部件。

 

 

在鋰電池的使用過程中，當(dāng)電池過度充電或溫度升高時，隔板需要具有足夠的熱穩(wěn)定性，以有效隔離電池正負極之間的接觸，防止短路、熱失控甚至爆炸等事故。

目前廣泛使用的聚烯烴隔板具有低熔點和軟化溫度，使得難以有效地確保電池的安全性，而其低孔隙率和低表面能限制了電池倍率性能的性能。因此，大力發(fā)展具有高安全性的耐高溫分離器非常重要。

 

鋰硫電池

鋰硫電池使用硫作為電池的陰極，金屬鋰作為陽極。與一般鋰離子電池的最大區(qū)別在于，鋰硫電池的反應(yīng)機理是電化學(xué)反應(yīng)，而不是鋰離子脫嵌。鋰硫電池的工作原理是基于復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，到目前為止，硫電極充放電過程中形成的中間產(chǎn)物尚未得到徹底表征。

 

 

鋰硫電池的最大優(yōu)勢在于其高理論比容量和比能量，遠高于市場上廣泛使用的其他類型的鋰離子電池。此外，由于元素硫儲量豐富，這種電池既便宜又環(huán)保。然而，鋰硫電池也有一些缺點。

解決這些問題的主要方法通常從電解質(zhì)和陰極材料兩個方面入手。電解質(zhì)方面，主要使用乙醚的電解質(zhì)作為電池的電解質(zhì)，并在電解質(zhì)中添加了一些添加劑，可以有效緩解多硫化物鋰的溶解問題。陰極材料方面，主要是將硫與碳材料結(jié)合，或?qū)⒘蚺c有機物結(jié)合，可以解決硫的不導(dǎo)電性和體積膨脹問題。

 

鋰空氣電池

鋰空氣電池是一種新型的高容量鋰離子電池。該電池使用金屬鋰作為陽極，空氣中的氧氣作為陰極，兩個電極由固體電解質(zhì)隔開。陽極使用有機電解質(zhì)，陰極使用水電解質(zhì)。

 

 

 

在放電過程中，陽極以鋰離子的形式溶解在有機電解質(zhì)中，然后通過固體電解質(zhì)遷移到陰極的水電解質(zhì)中。電子通過電線傳輸?shù)疥帢O，空氣和水中的氧在微粉化碳的表面上反應(yīng)形成氫氧化物，氫氧化物與陰極水電解質(zhì)中的鋰離子結(jié)合形成水溶性氫氧化鋰。

當(dāng)充電時，電子通過電線傳輸?shù)疥枠O，鋰離子通過固體電解質(zhì)從陰極的水電解質(zhì)到達陽極表面，并在陽極表面上反應(yīng)形成鋰金屬。陰極的氫氧化物失去電子生成氧氣。

鋰空氣電池不需要通過更換正極和負極鋰來充電，放電容量高達50000mAh/g，能量密度高，產(chǎn)品氫氧化鋰易于回收，環(huán)境友好。然而，循環(huán)穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率和速率性能是其缺點。