鋰電池關鍵材料技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

郭靜

寧夏中色金輝新能源有限公司 寧夏銀川 753000

1 鋰電池技術概況

鋰離子電池在實際使用的過程中，產熱的原理是相對來說較為復雜的，電池在充電和放電的過程中內部產熱也是比較復雜的。因此相關工作人在實際工作過程中，在對這一問題進行研究時，需要建立非常精準性的產熱模型，并且還要研究鋰離子電池在任意時刻充電和放電的溫度變化以及化學反應的速率，充分的了解電池內部的電流密度以及各個部分所引起的反應熱，在實際工作的過程中，需要技術工作者做好充足的前期準備，并且精準性的獲取有關電池熱模型中的各個參數(shù)，從而給實際工作提供重要的支撐。在當前時代下，被廣泛認可的熱效應模型，是將鋰離子電池作為一個非常均勻的熱源，并且根據(jù)能量守恒輸縱的方程，結合外部的環(huán)境以及初始條件進行電池內部外部溫度分布的計算工作，最終所獲得的結果是非常精準性的，之后，相關工作人員要通過實驗的方式來確定模型中的相關參數(shù)，對電池熱效應進行有效的修正以及研究，從而使得實際研究工作的有效性能夠得到有效的提高，在這種工作模式中對內部產熱的差異性進行了相應的分析，通用性是比較高的，相關工作人員在實際研究的過程中，還需要研究有關鋰離子電池的溫度系數(shù)以及在不同環(huán)境下的特征值，不僅有助于提高鋰離子電池應用的水平，同時，對于我國電動汽車產業(yè)的發(fā)展起到一定的助力作用。因此相關工作人員在實際工作中要加強對這一問題的重視程度。

2 鋰電池關鍵材料技術的發(fā)展趨勢分析

2.1 鋰電池正極材料發(fā)展趨勢

鋰電池正極材料先后經歷了鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元的發(fā)展。其中鈷酸鋰已淘汰，目前形成了錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元鼎力的局面。其中，錳酸鋰衰減嚴重，向層狀化、高錳方向發(fā)展；磷酸鐵鋰電導率低、電性能差、能領密度低，目前已達到瓶頸，逐步出現(xiàn)了磷酸釩鋰、磷酸鈷鋰、磷酸鎳鋰等替代品；三元材料能量密度高，結構穩(wěn)定性差、安全性不易控制，目前向高鎳、穩(wěn)定化發(fā)展。三元材料的性能總體比錳酸鋰、磷酸鐵鋰有優(yōu)勢，存在明顯的協(xié)同效應，逐漸被行業(yè)內推廣，在我國是最具有前景的新型正極材料。

2.2 鋰電池負極材料發(fā)展趨勢

負極材料中石墨化碳材料、錫基材料、新型合金和碳硅材料等目前都在應用。發(fā)展趨勢要求容量高、形貌為球形多孔、尺寸合理。其中，常規(guī)石墨負極材料的倍率性能很難滿足鋰電池下游產品需求，逐步被高容量、高導電性材料取代。含硅負極的高容量使鋰電池發(fā)展的主流。其中以解決負極的膨脹、變形、與電解液反應等是關鍵?？梢酝ㄟ^多孔化、二維化、液態(tài)合金等，從而提高儲鋰容量，提供電子通道，緩和體積形變帶來的應力變化，抑制與電解液反應。尤其是以硅-碳(Si-C)復合負極材料是未來發(fā)展趨勢。另外，鈦基及錫基鋰電池納米負極材料是負極的良好補充。其中碳化鈦（TiC）、TiO2和二硫化錫（SnS2）等復合負極材料具有優(yōu)異的效果。

2.3 鋰電池電解質材料發(fā)展趨勢

離子電導率相對較高的有機液體電解質是傳統(tǒng)鋰離子電池通常使用的材料，但是存在著安全性差、壽命較短、能量密度低等一系列缺點。同液體電解質的鋰離子電池對比，使用不可燃的固體電解質的全固態(tài)鋰電池則可避免這些問題，因而固態(tài)電解質成為今后的發(fā)展主流。運用固體電解質的電池，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在應用壽命長、比較安全，成為電池領域研究的主要熱點。目前,固態(tài)鋰電池發(fā)展的關鍵是制備兼具高離子電導率和高穩(wěn)定性的固體電解質材料。固體電解質存在室溫離子電導率低、與正負極材料的物理接觸較差、電解質/電極間界面阻抗大等問題。另外，向聚合物電解質發(fā)展。用聚合物電解質取代液體電解質，這樣制備的電池稱為塑性聚合物鋰電池。有望通過聚合物電解質使鋰電池的壽命更長，更為穩(wěn)定。固態(tài)陶瓷電解質在耐高溫性、穩(wěn)定性、高電導性具有巨大的優(yōu)勢。聚合物固體電解質有較好的粘彈性及可塑性，并且質量輕、成本相對也較低，但電導率卻不高，二者復合形成的陶瓷—聚合物復合電解質不但可以提高材料的離子電導率,改善材料的機械穩(wěn)定性。

2.4 鋰電池添加劑材料發(fā)展趨勢

目前鋰電池的研究已達到較高的水平,但隨著在動力電池中的應用,其高低溫穩(wěn)定性、導電性、安全性成為阻礙其大面積推廣應用的巨大障礙。盡管已采用各種技術手段進行了性能的提升，但效果并不明顯。在目前固態(tài)鋰電池還沒有發(fā)展成熟的情況下，通過在正極材料、負極材料、電解液中添加功能性添加劑改善其性能，成為目前研究的一個方向。

3 結語

綜上所述，鋰電池的技術進步主要來自關鍵電池材料創(chuàng)新研究與應用進展，其發(fā)展趨勢和方向主要體現(xiàn)在以下3個主要方面：一是正極材料，主要以高鎳三元為主進行發(fā)展，通過高鎳三元提高能量密度、高鈷三元提高倍率性能、替換錳降低成本增加穩(wěn)定性；二是負極材料，以硅-碳(Si-C)復合材料為代表的新型高容量負極材料是未來發(fā)展趨勢；三是電解質，主要是針對傳統(tǒng)鋰鹽LiPF6遇水分解，高溫穩(wěn)定性差，不斷研究新型電解質鋰鹽、功能添加劑，以克服現(xiàn)有電解液的問題；同時逐步向聚合物電解質發(fā)展，最終向全固態(tài)電解質發(fā)展。新材料的開發(fā)和應用對于進一步提高鋰電池性能，提高質量，降低生產成本，改善穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。