鋰離子電池的最終發(fā)展方向是什么?

市場上的鋰離子電池:聚合物鋰離子電池是由聚合物材料和金屬材料制成的。它們體積小，重量輕，厚度超薄，容量大。它們在智能可穿戴設(shè)備的應(yīng)用中非常流行。

鋰離子電池

固體聚合物鋰離子電池

優(yōu)點(diǎn):泄漏的可能性比較小，外包裝可采用層壓軟材料，有利于實(shí)現(xiàn)電池膜，電池外形設(shè)計(jì)自由，能量密度也大大提高。

缺點(diǎn):由于使用凝膠電解質(zhì)，鋰離子的電導(dǎo)率相對(duì)較差，充電時(shí)間較長，充電倍率也比液體電解質(zhì)差。然而，目前的技術(shù)，通過改進(jìn)聚合工藝，高端電解質(zhì)和添加劑，提高循環(huán)壽命和放電速度快，與液體電池相差不大。

繼鋰聚合物電池之后，發(fā)展的技術(shù)將是全固態(tài)電池、固態(tài)電解質(zhì)材料和添加劑。目前，聚合物電池的性能還沒有達(dá)到固體電池的水平。未來固體電池的能量密度目標(biāo):400Wh/kg,3000循環(huán)壽命(10年)，倍增器性能、容量和安全性有了很大的提高。

新電池材料的探索在于下一代不揮發(fā)、阻燃的電解液材料和添加劑離子電解液，以提高電化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。添加劑使電池的散熱性能和導(dǎo)電性不受固體的影響，達(dá)到或超過液體電解質(zhì)的導(dǎo)電導(dǎo)熱水平。

為了向固體鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展，目前正在開發(fā)使用離子導(dǎo)電聚合物和陶瓷的固體聚合物電解質(zhì)。

然而，固體聚合物電解質(zhì)材料中使用的離子電導(dǎo)率最高的是聚乙烯(聚氧乙烯)聚合物，離子的負(fù)離子導(dǎo)電會(huì)阻礙鋰離子的移動(dòng)，從而導(dǎo)致影響輸出功率的效果，鋰離子電導(dǎo)率值較低。

日本科學(xué)家研制的固體聚合物電解質(zhì)是一種聚乙二醇(聚乙二醇酸酯類化合物，由不阻礙聚乙二醇運(yùn)動(dòng)的硼酸酯類化合物以進(jìn)口的形式具有固定陰離子功能的硼原子結(jié)構(gòu)組成。室溫(20℃)下鋰離子的有效電導(dǎo)率比已有研究的碳酸聚合物的電導(dǎo)率高3倍以上。

新一代使用固體電解質(zhì)的大容量鋰離子電池，即所謂的全固態(tài)電池，已經(jīng)獲得了吸引力。這是由于新增的能量密度，這是為了確保安全和實(shí)現(xiàn)長壽命。關(guān)于電動(dòng)汽車和定制使用的大型鋰離子充電電池來說，安全是最重要的。

傳統(tǒng)的鋰離子可充電電池使用有機(jī)電解液時(shí)，電解液會(huì)因過充、內(nèi)部短路等異常情況而發(fā)熱，可能導(dǎo)致自燃甚至爆炸的危險(xiǎn)。以固體電解質(zhì)代替有機(jī)電解質(zhì)的全固態(tài)電池的安全性可以得到很大的提高。此外，由于鋰在理想狀態(tài)下的擴(kuò)散速度(離子電導(dǎo)率)高于液態(tài)電解質(zhì)，理論上認(rèn)為鋰可以獲得更高的產(chǎn)量。

固態(tài)電池，包括它們的制造方式，可能具有突破現(xiàn)有電池概念的特性。例如，由于不要密封在液體中，電池的外部可以簡化，從而以卷對(duì)卷的方式出現(xiàn)大面積的電池。此外，幾層電極可以分層并串聯(lián)在電池內(nèi)，出現(xiàn)12V或24V的高壓電池，使以前不可能的電池成為可能。

人們對(duì)大型電池和超大尺寸鋰離子電池(用于電力和定制存儲(chǔ))的需求激增，而不是目前主流的便攜式設(shè)備用小型電池，這要求改變電池的特性，并導(dǎo)致方向上的重大轉(zhuǎn)變。特別是對(duì)電池的安全性和使用壽命，有比現(xiàn)有的鋰離子充電電池更嚴(yán)格的要求。其中，安全性不言而喻，固態(tài)電池具有明顯的優(yōu)勢;在延長壽命方面，固態(tài)電池具有優(yōu)異的循環(huán)壽命特性。