随着電(diàn)子技(jì)術(shù)的不斷進步，很(hěn)多(duō)電(diàn)子設備已經能夠随身攜帶，在方便人(rén)們生(shēng)活的同時(shí)也使得(de)電(diàn)池的使用更為(wèi)廣泛。而在衆多(duō)的電(diàn)池中锂離子電(diàn)池的使用最為(wèi)廣泛，其原因是锂離子電(diàn)池為(wèi)可(kě)重複使用的二次電(diàn)池，并且在生(shēng)産，使用及報廢處理(lǐ)中相比其他電(diàn)池對于環境的污染都要小(xiǎo)很(hěn)多(duō)。盡管锂離子電(diàn)池有(yǒu)這其他電(diàn)池無法比拟的優勢，但(dàn)是在現有(yǒu)電(diàn)子設備性能越來(lái)越強大(dà)、體(tǐ)積越來(lái)越小(xiǎo)巧的發展趨勢下現有(yǒu)的锂離子電(diàn)池依然表現的力有(yǒu)未逮。因此發展更高(gāo)能量密度的新型锂離子電(diàn)池就成為(wèi)目前锂電(diàn)行(xíng)業最為(wèi)迫切的任務，下面就通(tōng)過這篇文章來(lái)了解下锂電(diàn)行(xíng)業目前最新的8個(gè)發展動态。
1、全固态锂離子電(diàn)池
目前商業化的锂離子電(diàn)池電(diàn)解液是液态的，因此也被稱為(wèi)液态锂離子電(diàn)池。簡單來(lái)說，全固态锂離子電(diàn)池就是指電(diàn)池結構中所有(yǒu)部件都是以固态形式存在，把傳統锂離子電(diàn)池的液态電(diàn)解液和(hé)隔膜替換為(wèi)固态電(diàn)解質。
與液态锂離子電(diàn)池相比，全固态電(diàn)解質具有(yǒu)以下幾個(gè)方面的優勢：高(gāo)安全／熱穩定性極好，可(kě)長期正常工作(zuò)在60－120℃條件下；寬電(diàn)化學窗口，能達到5V以上(shàng)，可(kě)匹配高(gāo)電(diàn)壓材料；隻傳導锂離子不傳導電(diàn)子；冷卻系統簡單，能量密度高(gāo)；可(kě)應用在超薄柔性電(diàn)池領域。但(dàn)是缺點也較明(míng)顯：單位面積離子電(diàn)導率較低(dī)，常溫下比功率差；成本極為(wèi)昂貴；工業化生(shēng)産大(dà)容量電(diàn)池困難大(dà)。
電(diàn)解質材料的性能在很(hěn)大(dà)程度上(shàng)決定了全固态锂離子電(diàn)池的功率密度、循環穩定性、安全性能、高(gāo)低(dī)溫性能以及使用壽命。固态電(diàn)解質可(kě)分為(wèi)聚合物類電(diàn)解質（一般是以PEO和(hé)锂鹽LiTFSI等的混合物為(wèi)電(diàn)解質基材）和(hé)無機物電(diàn)解質（如氧化物和(hé)硫化物）兩大(dà)類。全固态電(diàn)池技(jì)術(shù)是大(dà)家(jiā)公認的下一代重點發展的創新電(diàn)池技(jì)術(shù)，相信在不久的将來(lái)技(jì)術(shù)越來(lái)越成熟，這些(xiē)問題都可(kě)迎刃而解。
2、高(gāo)能量密度的三元材料電(diàn)池
随着人(rén)們對電(diàn)池能量密度的追求，三元正極材料越來(lái)越受到人(rén)們的關注。三元正極材料具有(yǒu)高(gāo)比容量、循環性能好、成本低(dī)的優勢，一般是指層狀結構的鎳钴錳酸锂材料。通(tōng)過提高(gāo)電(diàn)池電(diàn)壓及材料中鎳元素含量，能夠有(yǒu)效提高(gāo)三元正極材料的能量密度。
從理(lǐ)論上(shàng)講，三元材料本身具有(yǒu)高(gāo)電(diàn)壓的優勢：三元正極材料的半電(diàn)池标準測試電(diàn)壓是4．35V，在此電(diàn)壓下普通(tōng)三元材料都可(kě)以表現出很(hěn)好的循環性能；将充電(diàn)電(diàn)壓提高(gāo)到4．5V，對稱型的材料（333和(hé)442）的容量可(kě)以達到190，循環性也還(hái)不錯，532循環性差一些(xiē)；充電(diàn)到4．6V，三元材料的循環性就開(kāi)始下降，脹氣現象越發嚴重。目前制(zhì)約高(gāo)電(diàn)壓三元正極材料實用化的因素是很(hěn)難找到與之匹配的高(gāo)電(diàn)壓電(diàn)解液。
另一個(gè)提高(gāo)三元材料能量密度的方法是提高(gāo)材料中鎳元素含量，一般來(lái)說，高(gāo)鎳的三元正極材料是指材料中鎳的摩爾分數(shù)大(dà)于0．6，這樣的三元材料具有(yǒu)高(gāo)比容量和(hé)低(dī)成本的特點，但(dàn)其容量保持率低(dī)，熱穩定性能差。通(tōng)過制(zhì)備工藝的改進可(kě)以有(yǒu)效改善這種材料的性能。微納尺寸和(hé)形貌對高(gāo)鎳三元正極材料的性能影(yǐng)響較大(dà)，因此目前采用的制(zhì)備方法大(dà)多(duō)集中于均勻分散，得(de)到小(xiǎo)尺寸、比表面積大(dà)的球形顆粒。
在衆多(duō)制(zhì)備方法中，共沉澱法與高(gāo)溫固相法結合是的主流方法。首先采用共沉澱法，得(de)到原料混合均勻、材料粒徑均一的前驅體(tǐ)，然後經過高(gāo)溫煅燒得(de)到表面形貌規整、過程易于控制(zhì)的三元材料，這也是目前工業生(shēng)産中所采用的主要方法。噴霧幹燥法較共沉澱法過程簡單，制(zhì)備速度快，所得(de)材料形貌并不亞于共沉澱法，有(yǒu)進一步研究的潛力。高(gāo)鎳三元正極材料的陽離子混排和(hé)充放電(diàn)過程中相變等缺點，通(tōng)過摻雜改性和(hé)包覆改性能夠有(yǒu)效得(de)到改善。在抑制(zhì)副反應發生(shēng)和(hé)穩定結構的同時(shí)，提高(gāo)導電(diàn)性、循環性能、倍率性能、存儲性能以及高(gāo)溫高(gāo)壓性能，仍将是研究的熱點。
3、高(gāo)容量矽碳負極
作(zuò)為(wèi)锂離子電(diàn)池的重要組成部分，負極材料，直接影(yǐng)響着電(diàn)池的能量密度、循環壽命和(hé)安全性能等關鍵指标。矽是目前已知比容量（4200mAh/g）最高(gāo)的锂離子電(diàn)池負極材料，但(dàn)由于其超過300％的體(tǐ)積效應，矽電(diàn)極材料在充放電(diàn)過程中會(huì)粉化而從集流體(tǐ)上(shàng)剝落，使得(de)活性物質與活性物質、活性物質與集流體(tǐ)之間(jiān)失去電(diàn)接觸，同時(shí)不斷形成新的固相電(diàn)解質層SEI，最終導緻電(diàn)化學性能的惡化。為(wèi)了解決這一問題，研究者進行(xíng)了大(dà)量探索與嘗試，其中矽碳複合材料就是很(hěn)有(yǒu)應用前景的材料。
炭材料作(zuò)為(wèi)锂離子電(diàn)池負極材料在充放電(diàn)過程中體(tǐ)積變化較小(xiǎo)，具有(yǒu)良好的循環穩定性能和(hé)優異的導電(diàn)性，因此常被用來(lái)與矽進行(xíng)複合。在炭矽複合負極材料中，根據炭材料的種類可(kě)以将其分為(wèi)兩類：矽與傳統炭材料和(hé)矽與新型炭材料的複合，其中傳統炭材料主要包括石墨、中間(jiān)相微球、炭黑(hēi)和(hé)無定形碳；新型炭材料主要包括碳納米管、碳納米線、碳凝膠和(hé)石墨烯等。采用矽碳複合，利用炭材料的多(duō)孔作(zuò)用，約束和(hé)緩沖矽活性中心的體(tǐ)積膨脹，阻止粒子的團聚、阻止電(diàn)解液向中心的滲透，保持界面和(hé)SEI膜的穩定性。
全球很(hěn)多(duō)企業已經開(kāi)始緻力于這種新型負極材料，例如，深圳貝特瑞和(hé)江西紫宸已率先推出多(duō)款矽碳負極材料産品，上(shàng)海杉杉正處于矽碳負極材料産業化進程中，星城石墨已将矽碳新型負極材料作(zuò)為(wèi)未來(lái)産品研發方向。
4、高(gāo)電(diàn)壓高(gāo)容量富锂材料
富锂錳基（xLi［Li1/3－Mn2/3］O2；（1–x）LiMO2，M為(wèi)過渡金屬0≤x≤1，結構類似于LiCoO2）具有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的放電(diàn)比容量，是目前所用正極材料實際容量的2倍左右，也因此廣泛的被研究用于锂電(diàn)池材料。此外，由于材料中含有(yǒu)大(dà)量的Mn元素，與LiCoO2和(hé)三元材料Li［Ni1/3Mn1/3Co1/3］O2相比更加環保安全且廉價。因此，xLi［Li1/3－Mn2/3］O2；（1–x）LiMO2材料被衆多(duō)學者視(shì)為(wèi)下一代锂離子電(diàn)池正極材料的理(lǐ)想之選。
目前，主要采用共沉澱制(zhì)備法富锂錳基材料，也有(yǒu)部分研究者采用sol－gel法、固相法、燃燒法和(hé)水(shuǐ)熱法等工藝來(lái)制(zhì)備，但(dàn)獲得(de)的材料性能不及共沉澱法穩定。這種材料雖然有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的比容量，但(dàn)其實際應用仍存在幾個(gè)問題：首次循環不可(kě)逆容量高(gāo)達40～100mAh/g；倍率性能差，1C容量在200mAh/g以下；高(gāo)充電(diàn)電(diàn)壓引起電(diàn)解液分解，使得(de)循環性能不夠理(lǐ)想，以及使用的安全性問題。通(tōng)過采用金屬氧化物包覆、與其它正極材料進行(xíng)複合、進行(xíng)表面處理(lǐ)、構造特殊結構、低(dī)上(shàng)限電(diàn)壓預充放電(diàn)處理(lǐ)等措施，富锂錳基材料的上(shàng)述問題可(kě)以得(de)到很(hěn)好的解決。
2013年，甯波材料所發展了一種新穎的氣固界面改性技(jì)術(shù)，讓富锂錳基正極材料顆粒表面形成均勻氧空(kōng)位，從而大(dà)大(dà)提高(gāo)了該材料的首次充放電(diàn)效率、放電(diàn)比容量和(hé)循環穩定性，有(yǒu)力的推動了富锂錳基正極材料的實用化進程。
5、高(gāo)電(diàn)壓耐受電(diàn)解液
雖然高(gāo)電(diàn)壓锂電(diàn)池材料越來(lái)越受到重視(shì)，但(dàn)是在實際生(shēng)産應用中，這些(xiē)高(gāo)壓正極材料仍無法達到良好的效果。最大(dà)的限制(zhì)因素是，碳酸酯基電(diàn)解液電(diàn)化學穩定窗口低(dī)，當電(diàn)池電(diàn)壓達到4．5（vs．Li/Li＋）左右時(shí)，電(diàn)解液便開(kāi)始發生(shēng)劇(jù)烈的氧化分解，導緻電(diàn)池的嵌脫锂反應無法正常進行(xíng)。開(kāi)發耐受高(gāo)電(diàn)壓的電(diàn)解液體(tǐ)系成為(wèi)推動這種新型材料實用化的重要環節。
通(tōng)過開(kāi)發和(hé)應用新型的高(gāo)壓電(diàn)解液體(tǐ)系或者高(gāo)壓成膜添加劑來(lái)提高(gāo)電(diàn)極/電(diàn)解液界面的穩定性是研發高(gāo)電(diàn)壓型電(diàn)解液的有(yǒu)效途徑，從經濟角度來(lái)說，後者往往更受青睐。這種提高(gāo)電(diàn)解液耐受電(diàn)壓能力的添加劑一般包括含硼類、有(yǒu)機磷類、碳酸酯類、含硫類、離子液體(tǐ)及其它類型添加劑。含硼類添加劑有(yǒu)三（三甲基烷）硼酸酶、雙草酸硼酸锂、雙氟草酸硼酸锂、四甲基硼酸酯、硼酸三甲酯以及三甲基環三硼氧烷等。有(yǒu)機磷類添加劑包括亞磷酸酯、磷酸酯類。碳酸酯類添加劑包括含氟皖基化合物。含硫添加劑包括1，3－丙磺酸內(nèi)酯、二甲磺酰甲烷、三氟甲基苯硫醚等。離子液體(tǐ)類添加劑包括咪唑和(hé)季磷鹽類。
從已經公開(kāi)報道(dào)的國內(nèi)外研究來(lái)看，引入高(gāo)壓添加劑可(kě)以使電(diàn)解液耐受4．4～4．5V的電(diàn)壓，然而當充電(diàn)電(diàn)壓達到4．8V甚至5V以上(shàng)，必須開(kāi)發可(kě)耐更高(gāo)電(diàn)壓的電(diàn)解液。
6、耐高(gāo)溫隔膜
锂電(diàn)池隔膜在锂離子電(diàn)池中主要起到導通(tōng)锂離子和(hé)隔絕正負極之間(jiān)電(diàn)子接觸的作(zuò)用，是支撐電(diàn)池完成充放電(diàn)電(diàn)化學過程的重要構件。在锂電(diàn)池使用過程中，當電(diàn)池出現過充或者溫度升高(gāo)時(shí)，隔膜需要有(yǒu)足夠的熱穩定性（熱變形溫度＞200℃），以有(yǒu)效隔離電(diàn)池正負極間(jiān)的接觸，防止短(duǎn)路、熱失控甚至爆炸等事故的發生(shēng)。目前廣泛使用的聚烯烴隔膜，其熔點及軟化溫度都較低(dī)（＜165℃），難以有(yǒu)效保證電(diàn)池的安全性，而其較低(dī)的孔隙率及低(dī)表面能則限制(zhì)了電(diàn)池倍率性能的發揮。因此大(dà)力發展高(gāo)安全性的耐高(gāo)溫隔膜顯得(de)非常重要。
甯波材料所動力锂電(diàn)池工程實驗室與大(dà)連化學物理(lǐ)研究所儲能技(jì)術(shù)研究部，采用濕法過程一次成型技(jì)術(shù)，共同研發了一種新型耐高(gāo)溫多(duō)孔隔膜，這種多(duō)孔隔膜制(zhì)備成本低(dī)，易于量化生(shēng)産。初步研究結果表明(míng)，隔膜的熱變形溫度遠高(gāo)于200℃，與商品化的無紡布隔膜的熱穩定性相當，可(kě)有(yǒu)效保障電(diàn)池安全性。同時(shí)，這種多(duō)孔膜具有(yǒu)高(gāo)孔隙率及高(gāo)曲率的孔結構，能夠在保證電(diàn)池容量發揮的同時(shí)有(yǒu)效避免電(diàn)池的微短(duǎn)路及自放電(diàn)現象。除此之外，甯波材料所還(hái)開(kāi)發出了具有(yǒu)超薄離子可(kě)交換功能層的耐熱複合隔膜、基于三維耐熱骨架的凝膠複合隔膜以及陶瓷隔膜。
除了甯波材料所，2015年，三菱樹(shù)脂在隔膜上(shàng)塗布高(gāo)耐熱性無機填充物，使隔膜在220℃的溫度下仍然能保持适當的電(diàn)阻值，阻斷電(diàn)流的通(tōng)過。
7、锂硫電(diàn)池
锂硫電(diàn)池是以硫元素作(zuò)為(wèi)電(diàn)池正極，金屬锂作(zuò)為(wèi)負極的一種锂電(diàn)池。與一般锂離子電(diàn)池最大(dà)的不同是，锂硫電(diàn)池的反應機理(lǐ)是電(diàn)化學反應，而不是锂離子脫嵌。锂硫電(diàn)池的工作(zuò)原理(lǐ)是基于複雜的電(diàn)化學反應，到目前為(wèi)止，對硫電(diàn)極在充放電(diàn)過程中形成的中間(jiān)産物還(hái)未能進行(xíng)突破性的表征。一般認為(wèi)：放電(diàn)時(shí)負極反應為(wèi)锂失去電(diàn)子變為(wèi)锂離子，正極反應為(wèi)硫與锂離子及電(diàn)子反應生(shēng)成硫化物，正極和(hé)負極反應的電(diàn)勢差即為(wèi)锂硫電(diàn)池所提供的放電(diàn)電(diàn)壓。在外加電(diàn)壓作(zuò)用下，锂硫電(diàn)池的正極和(hé)負極反應逆向進行(xíng)，即為(wèi)充電(diàn)過程。
锂硫電(diàn)池最大(dà)的優勢在于其理(lǐ)論比容量（1672mAh/g）和(hé)比能量（2600Wh/kg）較高(gāo)，遠高(gāo)于目前市場(chǎng)上(shàng)廣泛使用的其它類型锂離子電(diàn)池，而且由于單質硫儲量豐富，使這種電(diàn)池價格低(dī)廉且環境友(yǒu)好。然而，锂硫電(diàn)池也具有(yǒu)一些(xiē)缺點：單質硫的電(diàn)子導電(diàn)性和(hé)離子導電(diàn)性差；锂硫電(diàn)池的中間(jiān)放電(diàn)産物會(huì)溶解到有(yǒu)機電(diàn)解液中，多(duō)硫離子能在正負極之間(jiān)遷移，導緻活性物質損失；金屬锂負極在充放電(diàn)過程會(huì)發生(shēng)體(tǐ)積變化，并容易形成枝晶；硫正極在充放電(diàn)過程中有(yǒu)高(gāo)達79%的體(tǐ)積膨脹/收縮。
解決上(shàng)述問題的主要方法一般從電(diàn)解液和(hé)正極材料兩個(gè)方面入手：電(diàn)解液方面，主要用醚類的電(diàn)解液作(zuò)為(wèi)電(diàn)池的電(diàn)解液，電(diàn)解液中加入一些(xiē)添加劑，可(kě)以非常有(yǒu)效的緩解锂多(duō)硫化合物的溶解問題；正極材料方面，主要是把硫和(hé)碳材料複合，或者把硫和(hé)有(yǒu)機物複合，可(kě)以解決硫的不導電(diàn)和(hé)體(tǐ)積膨脹問題。
锂硫電(diàn)池目前還(hái)處于實驗室研發階段，中科院、南洋理(lǐ)工、斯坦福、日本産業技(jì)術(shù)綜合研究所與築波大(dà)學的研究處于領先地位，而SionPower公司已經在筆記本、無人(rén)機領域開(kāi)展了卓有(yǒu)意義的應用嘗試。
8、锂空(kōng)電(diàn)池
锂空(kōng)氣電(diàn)池是一種新型的大(dà)容量锂離子電(diàn)池，由日本産業技(jì)術(shù)綜合研究所與日本學術(shù)振興會(huì)（JSPS）共同研制(zhì)開(kāi)發。電(diàn)池以金屬锂作(zuò)為(wèi)負極，空(kōng)氣中的氧作(zuò)為(wèi)正極，兩電(diàn)極之間(jiān)由固态電(diàn)解質隔開(kāi)；負極采用有(yǒu)機電(diàn)解液，正極則使用水(shuǐ)性電(diàn)解液。
在放電(diàn)時(shí)負極以锂離子的形式溶于有(yǒu)機電(diàn)解液，然後穿過固體(tǐ)電(diàn)解質遷移到正極的水(shuǐ)性電(diàn)解液中；電(diàn)子通(tōng)過導線傳輸到正極，空(kōng)氣中的氧氣和(hé)水(shuǐ)在微細化碳表面發生(shēng)反應後生(shēng)成氫氧根，在正極的水(shuǐ)性電(diàn)解液中與锂離子結合生(shēng)成水(shuǐ)溶性的氫氧化锂。在充電(diàn)時(shí)電(diàn)子通(tōng)過導線傳輸到負極，锂離子由正極的水(shuǐ)性電(diàn)解液穿過固體(tǐ)電(diàn)解質到達負極表面，在負極表面發生(shēng)反應生(shēng)成金屬锂；正極的氫氧根失去電(diàn)子生(shēng)成氧。
锂空(kōng)電(diàn)池通(tōng)過更換正極電(diàn)解液和(hé)負極锂可(kě)以無需充電(diàn)，放電(diàn)容量高(gāo)達50000mAh／g，能量密度高(gāo)，理(lǐ)論上(shàng)30kg金屬锂與40L汽油釋放的能量相同；産物氫氧化锂容易回收，環境友(yǒu)好。但(dàn)是循環穩定性、轉換效率和(hé)倍率性能是其不足之處。
2015年，劍橋大(dà)學格雷開(kāi)發出了高(gāo)能量密度的锂空(kōng)氣，充電(diàn)次數(shù)“超過2000次”，能源使用效率理(lǐ)論上(shàng)超過90％，使锂空(kōng)氣電(diàn)池的實用化又向前邁進了一步。早在2009年，IBM公司于啓動了一項可(kě)持續發展的交通(tōng)項目，來(lái)開(kāi)發一種适合于家(jiā)用電(diàn)動汽車(chē)的锂空(kōng)氣電(diàn)池，希望一次充電(diàn)能行(xíng)駛約500英裏，近期日本旭化成和(hé)中央玻璃公司也加入了這一項目，科研機構與知名公司在锂空(kōng)氣電(diàn)池領域的研發必将極大(dà)促進這一電(diàn)池技(jì)術(shù)的應用。
