鋰電池的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析

張鵬 張雙櫓 曹耀東

【摘 要】隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，人們越來越重視鋰電池的研究及應(yīng)用，如何結(jié)合現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)研發(fā)出效能更高的鋰離子電池已經(jīng)成為科研工作者最關(guān)心的問題。鋰電池（LIB）是目前使用效能最好的能量裝置，具有高能量、高循環(huán)使用壽命、環(huán)保技能風(fēng)特點(diǎn)并已經(jīng)成為社會各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的動能裝置。鑒于此，本文就鋰電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景展開分析，并提出具體的研究思路，以供廣大讀者借鑒。

【關(guān)鍵詞】鋰電池；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢；問題研究

一、鋰電池技術(shù)的研究進(jìn)展

隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，研發(fā)出能量密度更高、功率更大、循環(huán)使用壽命更長高效能鋰離子電池已成為科研工作者研究的重點(diǎn)內(nèi)容。在當(dāng)前能源技術(shù)視域中，制約高效能鋰離子電池商業(yè)化應(yīng)用的主要因素是缺乏系統(tǒng)化的科學(xué)理論支撐，新的鋰離子電池系統(tǒng)以及高性能處理材料目前還沒有完全形成，新型處理材料及電解質(zhì)材料的研發(fā)應(yīng)用還處在初步探索階段，沒有形成科學(xué)系統(tǒng)的理論體系。

（一）鋰離子電池正極材料的研發(fā)

在鋰電池研發(fā)及應(yīng)用中，正極材料的使用被看作鋰電池研究和應(yīng)用的核心內(nèi)容，歷來都是科研工作者重點(diǎn)方向。正極材料不但要作為能源存儲媒介，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和電力可持續(xù)獲取，在電池內(nèi)部兩級材料之間的鋰，還負(fù)擔(dān)電池負(fù)極材料正極材料固液界面膜（SEL膜）所消耗的鋰。因此在鋰電池研發(fā)及應(yīng)用中，需要的正極材料具有電位高、比容量高、密度大等特點(diǎn)，能保持較長的使用壽命和較佳的使用密度。

（二）鋰電池的負(fù)極材料

從目前的科學(xué)研究趨勢來看，鋰電池應(yīng)用的負(fù)極材料應(yīng)該能容納大量正鋰離子，具有較好的導(dǎo)電性，具備一定的穩(wěn)定性。目前廣泛應(yīng)用的負(fù)極材料難以滿足上述需求，存在放電效率低、大電流充放電速度慢等缺陷。因此研究出化學(xué)性能更好的負(fù)極材料，以及進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有材料的生產(chǎn)工藝已成為提高鋰電池性能的重要方法。目前鋰電池的負(fù)極材料主要使用模式可分為三種情況：嵌入型、合金型及轉(zhuǎn)化型三種，每種負(fù)極材料使用模式適用于不同性能鋰電池的研究及應(yīng)用，在不同情況下具有不同使用特點(diǎn)，在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)及能源利用方面需要更多的科研學(xué)者參與到新型材料研發(fā)中，結(jié)合新的技術(shù)及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出高效能的鋰電池。

二、目前我國鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國從改革開放之后就開始進(jìn)行鋰電池研究工作，20世紀(jì)70年代后期，很多科學(xué)家投入到鋰電池生產(chǎn)研發(fā)中。進(jìn)入21世紀(jì)以來，日本鋰離子電池年產(chǎn)量多達(dá)數(shù)十億只，約占全球95.3%的市場，而我國鋰電池年產(chǎn)量只為0.45億只，占全世界市場份額不足2.7%。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，政府出臺了一系列關(guān)于扶持鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，先后在十五規(guī)劃、十一五規(guī)劃、十二五規(guī)劃中就鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了明確的指示。其中動力鋰電池技術(shù)被我國納入到優(yōu)先戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃中，成為社會科研機(jī)構(gòu)重點(diǎn)研究課題。在國家政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展紅利的引誘下，我國鋰電池產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)格局已基本形成，包括深圳比亞迪、天津力神等鋰離子電池企業(yè)快速崛起。到2014年，我國鋰離子電池年產(chǎn)量達(dá)50億只，已成為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)及應(yīng)用的國家。

三、當(dāng)前我國鋰電池研究發(fā)展中存在的問題及對策

目前我國鋰電池在能量密度和功率輸出的關(guān)鍵性性能指標(biāo)方面雖有明顯提升，但在材料制造以及核心技術(shù)儲備方面與歐美發(fā)達(dá)國家尚存在一定差距。針對目前我國鋰電池研究及應(yīng)用中存在的不足，就要將關(guān)鍵材料、技術(shù)和知識集中統(tǒng)籌起來針對存在的問題進(jìn)行針對性解決，以維護(hù)我國能源安全。

事實(shí)上基于先進(jìn)技術(shù)以及材料儲備、人才隊(duì)伍能夠開發(fā)出具有高能量和高功率密度、安全可靠、使用壽命長、性能穩(wěn)定的鋰離子電池，以達(dá)到實(shí)踐應(yīng)用的目標(biāo)。這種新型的能源動力裝置將滿足我國在汽車制造、大中型電動交通工具、航空航天以及國防建設(shè)等領(lǐng)域的能源需求，對促進(jìn)我國工業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，達(dá)到4.0生產(chǎn)水準(zhǔn)，合理優(yōu)化資源配置具有重要意義。同時(shí)國內(nèi)航空航天領(lǐng)域，對大容量鋰離子電池的研發(fā)，尚處于起步階段，在使用周期以及使用效能方面上存在著一定不足，因此對于企業(yè)，放電性能及使用壽命要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)水準(zhǔn)。

四、未來鋰離子電池研究及應(yīng)用展望

隨著材料技術(shù)和制造工藝不斷進(jìn)步，鋰離子電池在日常使用及專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大，我國鋰離子電池年產(chǎn)量將不斷提高，生產(chǎn)工藝技術(shù)將得到進(jìn)一步加強(qiáng)。在可以預(yù)見的將來，為了適應(yīng)不同的存儲媒介以及使用空間環(huán)境鋰離子電池必將由現(xiàn)在的單品種及多品種模式向特種化方向發(fā)展的趨勢，生產(chǎn)工藝將得到進(jìn)一步改進(jìn)。高使用效率、較長的壽命使用周期將是未來鋰離子電池具備的主要特征。發(fā)展新型高性能低成本的鋰離子電池及相應(yīng)的化學(xué)應(yīng)用材料，將不斷完善我國的產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)置，強(qiáng)化相應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)制，提高我國鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈整體生產(chǎn)水平。

綜上所述，未來我國對于鋰電池的研究將呈現(xiàn)多元化趨勢，生產(chǎn)工藝和技術(shù)將得到明顯提升，為了滿足不同情況下鋰電池使用問題，鋰電池的放電效能及使用壽命將得到加強(qiáng)，我國的鋰電池生產(chǎn)能力也將得到全面強(qiáng)化，將形成新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

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