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随着电子技术的不断进步，电池的使用更加广泛。锂离子电池是许多电池中使用最广泛的。原因是锂离子电池是可重复使用的二次电池，与生产、使用和处置中的其他电池相比，对环境的污染要小得多。

尽管锂离子电池具有其他电池无法比拟的优势，但它们仍然无法在现有的锂离子电池中发挥作用。因此，开发具有更高能量密度的新型锂离子电池已成为锂电池行业最紧迫的任务。让我们利用这篇文章了解锂电池行业的最新8项发展。

 

全固态锂离子电池

目前商用的锂离子电池电解液是液态的，因此也被称为液态锂离子电池。简单地说，全固态锂离子电池意味着电池结构中的所有部件都以固态形式存在，用固态电解质代替传统锂离子电池的液体电解质和隔膜。

与液态锂离子电池相比，全固态电解质具有以下优点：

● 安全性高/热稳定性好，可在60-120°C下长时间正常工作；

● 宽电化学窗口，可达到5V以上，可匹配高压材料；

● 只传导锂离子而不传导电子；

● 冷却系统简单，能量密度高；

● 可应用于超薄柔性电池领域。

但缺点也很明显：单位面积的离子电导率低，室温下比功率差；成本非常昂贵；难以在工业上生产大容量电池。

 

 

全固态锂离子电池

电解质材料的性能在很大程度上决定了全固态锂离子电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能和使用寿命。固体电解质可分为两类：聚合物电解质和无机电解质。固态电池技术被公认为下一代关键开发的创新电池技术。相信在不久的将来，技术将越来越成熟，这些问题将得到解决。

 

高能量密度三元材料电池

随着人们对电池能量密度的追求，三元正极材料越来越受到关注。三元正极材料具有比容量高、循环性能好、成本低的优点，通常指镍钴锂锰氧化物材料的层状结构。通过增加电池电压和材料中镍的含量，可以有效地提高三元正极材料的能量密度。

增加三元材料能量密度的另一种方法是增加材料中镍的含量。一般来说，高镍三元正极材料是指材料中镍的摩尔分数大于0.6。这种三元材料具有高比容量和低成本的特点，但具有低容量保持率和较差的热稳定性。

通过改进制备工艺，可以有效地提高这种材料的性能。微纳米尺寸和形貌对高镍三元正极材料的性能有很大影响。因此，目前的制备方法大多集中于均匀分散，以获得尺寸小、比表面积大的球形颗粒。

 

 

高容量硅碳阳极

作为锂离子电池的重要组成部分，阳极材料直接影响电池的能量密度、循环寿命、安全性和性能等关键指标。硅目前被称为比容量最高的锂离子电池的阳极材料。

然而，由于其超过300%的体积效应，硅电极材料在充电和放电期间将被粉碎并从集电体上剥离，从而活性材料和活性材料之间以及活性材料和集电体之间的电接触将丢失。

同时，不断形成新的固体电解质层SEI，这最终导致电化学性能的恶化。为了解决这一问题，研究人员进行了大量的探索和尝试，其中，硅碳复合材料是一种很有前途的材料。

碳材料作为锂离子电池的负极材料，在充放电过程中体积变化小，循环稳定性好，导电性好，因此经常用于与硅复合。使用硅-碳复合材料，利用碳材料的孔隙率来抑制和缓冲硅活性中心的体积膨胀，防止颗粒团聚，防止电解质渗透到中心，并保持界面和SEI膜的稳定性。

 

高压高容量富锂材料

富锂锰基具有高的放电比容量，约为当前使用的正极材料的实际容量的两倍，因此广泛用于锂电池材料。此外，由于该材料含有大量Mn元素，因此它比LiCoO2和三元材料更环保、更安全、更便宜。因此，富锂锰基材料被许多学者视为下一代锂离子电池正极材料的理想选择。

 

 

目前，共沉淀法主要用于制备富锂锰基材料。虽然这种材料具有很高的比容量，但在实际应用中仍存在一些问题。通过采用金属氧化物涂层、与其他正极材料复合、表面处理、特殊结构和低上限电压预充放电处理等措施，可以很好地解决富锂锰基材料的上述问题。

 

耐高压电解液

尽管高压锂电池材料越来越受到重视，但在实际生产和应用中，这些高压正极材料仍然无法取得良好的效果。最大的限制因素是碳酸盐基电解质的低电化学稳定性窗口。开发能够承受高压的电解质系统已成为促进这种新材料实际应用的重要部分。

通过开发和应用新的高压电解质体系或高压成膜添加剂来提高电极/电解质界面的稳定性是开发高压电解质的有效途径。用于提高电解质耐电压能力的添加剂通常包括含硼、有机磷、碳酸盐、含硫、离子液体和其他类型的添加剂。

 

耐高温分离器

锂电池隔板在锂离子电池中主要起到传导锂离子和隔离阴极和阳极之间的电子接触的作用。它是支撑电池完成充电和放电电化学过程的重要部件。

 

 

在锂电池的使用过程中，当电池过度充电或温度升高时，隔板需要具有足够的热稳定性，以有效隔离电池正负极之间的接触，防止短路、热失控甚至爆炸等事故。

目前广泛使用的聚烯烃隔板具有低熔点和软化温度，使得难以有效地确保电池的安全性，而其低孔隙率和低表面能限制了电池倍率性能的性能。因此，大力发展具有高安全性的耐高温分离器非常重要。

 

锂硫电池

锂硫电池使用硫作为电池的阴极，金属锂作为阳极。与一般锂离子电池的最大区别在于，锂硫电池的反应机理是电化学反应，而不是锂离子脱嵌。锂硫电池的工作原理是基于复杂的电化学反应，到目前为止，硫电极充放电过程中形成的中间产物尚未得到彻底表征。

 

 

锂硫电池的最大优势在于其高理论比容量和比能量，远高于市场上广泛使用的其他类型的锂离子电池。此外，由于元素硫储量丰富，这种电池既便宜又环保。然而，锂硫电池也有一些缺点。

解决这些问题的主要方法通常从电解质和阴极材料两个方面入手。电解质方面，主要使用乙醚的电解质作为电池的电解质，并在电解质中添加了一些添加剂，可以有效缓解多硫化物锂的溶解问题。阴极材料方面，主要是将硫与碳材料结合，或将硫与有机物结合，可以解决硫的不导电性和体积膨胀问题。

 

锂空气电池

锂空气电池是一种新型的高容量锂离子电池。该电池使用金属锂作为阳极，空气中的氧气作为阴极，两个电极由固体电解质隔开。阳极使用有机电解质，阴极使用水电解质。

 

 

 

在放电过程中，阳极以锂离子的形式溶解在有机电解质中，然后通过固体电解质迁移到阴极的水电解质中。电子通过电线传输到阴极，空气和水中的氧在微粉化碳的表面上反应形成氢氧化物，氢氧化物与阴极水电解质中的锂离子结合形成水溶性氢氧化锂。

当充电时，电子通过电线传输到阳极，锂离子通过固体电解质从阴极的水电解质到达阳极表面，并在阳极表面上反应形成锂金属。阴极的氢氧化物失去电子生成氧气。

锂空气电池不需要通过更换正极和负极锂来充电，放电容量高达50000mAh/g，能量密度高，产品氢氧化锂易于回收，环境友好。然而，循环稳定性、转换效率和速率性能是其缺点。