1、锂离子电池发展的前瞻本文由 soshap 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第卷第期 年 月电池， ，学术动态锂离子电池发展的前瞻第届国际锂电池会议评述何向明，李建刚，王莉，任建国（清华大学核能与新能源技术研究院，北京；北京石油化工学院化学工程系，北京） 摘要：介绍了年月日在中国天津召开的第届国际锂电池会议的学术发展情况。具有较好安全性能的磷 酸铁锂正极材料和具有较高倍率特性和较好循环性能的纳米电极材料是最近的研究热点；改进负极材料和电解质，是进一 步改善锂离子电池安全性能的关键；优化制备和平衡电池组技术，是亟待解决的动力电池的关键
2、技术。 关键词：第届国际锂电池会议（ ） ；锂离子电池；磷酸铁锂；动力电池 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（）一一吣 ，（ ，据叮玩肌船 饥：，乃咖厅口盼，吵喈，吼；瑚 伪（ ， 枷叮仇浏叼脯嘶，既玎嘶，船比可砌出删蒯叼，玎嘶，傩，） 幽 ， ，）舾 甜 锄 耐 衄 蛐珊忱明 衄 瑚 岫 蛐 篇陀 且荡； 搴；畸咖： （ 日） ；每两年举行一次的国际锂电池会议（）旨在促进国 际电池界的合作和交流，为锂电池科学家和工程师提供一个 讨论锂电池基础科学、革新和应用的论坛，会议也为交流新 思想，展示新成果提供了很好的机会。 是锂离子电池领域最重要的国际会议，我国著名 电池专家毕道治主持了年月日
3、至月日在北京 香山召开的 ，当时有来自个国家和地区的 位代表与来自国内的近名代表出席会议，交流论文 篇。 年在法国举行的 ，有来自近个国 作者简介：家的多位科学家和电池工作者参加。 年月日在我国天津举行的第届 （ ）由我国著名锂电池专家汪继强教授主持，近位科学家和电池工作者参加会议收到了论文多篇。 如此重要的国际会议再次在我国召开，说明我国在锂电 池的研发和生产方面已经走在世界前列，得到了国际同行的 认可。从研发方面来看，我国研发锂电池的规模已处于世界 第一的位置。从收录的论文检索结果分析中可以看出， 近年来收录锂电池论文数量前位的国家为中国、美国、何向明（一） ，男，云南人，清华大学核能与新
4、能源技术研究院副研究员，研究方向：化学电源，本文联系人； 李建刚（一） ，男，山西人，北京石油化工学院化学工程系副教授，研究方向：锂离子电池及材料； 王莉（一） ，女，河北人，清华大学核能与新能源技术研究院助理研究员，研究方向：锂离子电池及材料； 任建国（一） ，男，山东人，清华大学核能与新能源技术研究院助理研究员，研究方向：锂离子电池及材料。万方数据电池第卷日本、韩国和法国，这个国家收录的锂电池论文数量占全 世界收录锂电池论文数量的左右（表） 引。 表近年收录各国有关锂电池研究论文统计址洳 表第届会议论文分类统计 铀 嘲 “。鸵 髑从表可知，中国锂电池研究论文的数量领先于其他 国家。 本次会
5、议有约篇论文来自中国，占论文总 数的，领先于其他国家。 我国涉足锂电池研发的机构约家，其中有家研发 机构的收录论文进入世界前位（表）【刘。这表明近年 来我国锂电池的研发正如日中天，同时，确立了我国在锂电 池研发中的国际地位。 表近年研发机构被收录锂电池论文统计龇 砒 船肿了解锂电池研发的热点所在，掌握研发的发展方向，是 这次会议的主要目的之一。本文作者通过对会议 论文的统计分析，以期从一个侧面了解锂电池发展的趋势。 本次阻会议共收到论文篇，其中大会口头报 告篇，其余为墙报交流。大会报告分为总论、纳米材料、 负极材料、正极材料、新电解质与新电池体系、基础研究、动 力电池和电池安全性等共个部分。详
6、细统计情况参见表 。某些论文很难准确分类，因此表只是粗略的统计结果， 欲了解详细信息，请查阅会议论文集【。 从表可知，锂离子电池正极材料的研究热点主要是磷 酸铁锂，论文数占正极材料论文数的近，其余热点为尖晶 石锰酸锂、锂镍锰钴氧三元金属复合氧化物和钴酸锂等 材料。 负极材料的研究主要集中在锡基材料、硅基材料、复合 材料和石墨材料等方面。电解质的研究主要集中在固态聚 合物电解质、凝胶聚合物电解质、电解质添加剂、离子液体电 解质和特种功能电解质等方面。新电池体系主要有锂硫电 池、水溶液电解质锂离子电池、锂空气电池、纯固体电解质 电池和薄膜电池等。纳米技术在锂电池方面的应用也是本 次会议的热点，有近
7、篇论文内容与纳米技术有关。锂离 子动力电池在本次会议上受到广泛的关注，相关的正负极材 料、电解质及动力电池的制备技术均是研发的热点。锂离子 电池的安全性同样是关注的热点。 现就各主要方面的研究情况介绍如下。锂离子电池正极材料磷酸铁锂是本次会议的最大热点。制备方法主要为固 相法、溶胶凝胶法、球磨法和超临界水合成等。提高磷酸铁 锂导电率的手段主要是复合碳，采用不同的碳源和制备方法 是改善磷酸铁锂导电性的主要手段。 值得关注的是硅酸铁（锰）锂可能成为今后的研究热点 ，论文集中的摘要编号，下同 。从应用环保和 资源两方面的考虑，不含金属的有机（聚合物）正极材料正逐万方数据第期 步受到人们的关注 。何向
8、明，等：锂离子电池发展的前瞻第届国际锂电池会议评述米技术在、等低导电性正极材料的 制备中，得到了广泛应用， 。对其他正极材料而言，纳米技术同样可提高大电流放 电能力。如水热法合成的纳米材料， 放电比 容量达 放电比容量的 ；而水热法合成的纳米 也可无机物型正极材料仍是主导 磷酸铁锂是本次会议最大热点。这主要是由于该材料具有低成本、高安全性和长循环寿命等特点，迎合了动力锂 离子电池市场的需求。提高导电性仍是该材料研究的主题。 控制颗粒粒径至亚微米或纳米，以缩短锂离子扩散距离，并 结合掺杂或在颗粒表面包覆导电材料，提高电子导电率，被 证明是较为有效的方法。报道的制备方法涉及碳热还原法， ，“， 、
9、水热法， 、溶胶凝胶法 ， 、沉淀法， 、水淬冷和机械 球磨等，其中碳热还原法仍是研究的重点。因为该方 法可将碳材料所具有的还原作用、抑制颗粒生长和提高导电 率等效应综合发挥出来。报道的包覆材料有碳、聚并苯屿 “材料， 放电比容量达，放出 的比容量 。在尖晶石型锰基正极材料 的制备中，纳米技术不仅提高了活性物质的利用率，还因材 料粒径小，减小了卜效应，循环性能的改善显著，纳 米 的放电比容量为 ，接近理论 比容量，次循环后，容量保持率为 。材料在 区间的比容量达，循环性能极佳，且 放电比容量为 时的以上 。纳米技术与碳包覆相结合，可进一步提高倍率放电 性能，纳米复合材料的 放电比容量可达（）
10、、碳纳米管和鲰等， ，其中，碳材料是包覆的重点。碳源、 碳添加量、包覆厚度与均匀度对材料的电性能都有显著的影 响。掺杂研究的论文也有多篇，可通过、卧 、和等置换部分或“，提高材料的导电性和放电 性能， ，放电比容量的 。为了克服纳米材料密度低、加工性能差等缺点，本次会议报道了采用喷雾干燥与模板技术相结合，制备间隙孔型球 状的技术，所制备材料的密度得到了提高，每个 微米级球形颗粒都是由纳米尺寸的一次颗粒聚集而成， 放电比容量达， 其中置换部分的效果最好。山公司报道制备的（）材料的 放电容量与 放电容量的完全 一样 。 其他研究论文涉及三元材料，放电比容量可达 放电比容量的以上，值得关注， 。 有
11、机物型正极材料的研究备受关注 纳米碳复合聚苯胺、聚三甲基噻酚和聚吡咯等正极材料 的倍率特性显著改善。双模板孔状碳聚吡咯复合正极材料以 的电流充放电，比容量达 ；将电流提高 至 ，仍可获得 的比容量 。碳纳米管， 、尖晶石型锰基材 料， 加， 、 ，阵列聚苯胺复合电极的 放电比容量约为，放电比容量仍有 。，型正极材料的，加 、仙， 、硅酸盐型材料， 和，等。材 料研究的再次回温，与薄膜型可充锂离子电池的发展有关， 相关研究以：薄膜制备技术（如射频溅射、电子回旋共 振溅射）为主。（、）正极材料的研究也取 得了一定的进展，制备的性能较好，放电比容量约 为，电压平台约为 ，放电比容量可达 ，碳 纳米管
12、基。型正极材料的 放电性能很好， 放电比 容量也可达到 以上；琊材料的 放电比 容量达到 以上 。聚硫代蒽醌型正极材料在电压区问的比容量可达 异，循环性能也较好 。新型有机物型正极材料，也表现出较好的 电化学性能，单位分子可与个多锂离子发生可逆反 应，比能量和能量密度都与的类似 。 有机物具有便于回收、安全、环保和可设计合成为多种 类型等特点，因此，该类正极材料的发展将备受关注。放电比容量为 ，循环性能极佳 。三元材料、尖晶石型锰基材料、他 和正极材料的研究，主要集中于优化组成与制备条件、包覆或掺杂改性等方面，目的是进一步提高容 量、高温高压下的循环特性以及热安全性。新型正极材料 （一量）鼻“
13、的放电比容量可达 以 上，值得关注，“ 。新型正极材料“ 、 和（、和） 的研究，也 有少量报道。 纳米技术在电池材料制备中得到充分应用 为了迎合动力电池高功率的要求，制备晶粒尺寸小、结 晶度高且导电性好的正极材料的技术引起了广泛关注。纳锂离子电池负极材料石墨类材料目前依然是不可替代的负极材料 ，但人 们一直尝试把合金负极材料推向实用化 。相对正极材 料而言，合金负极材料的研究没有明显的热点，只是相对集 中在锡基和硅基材料体系。纳米结构、无定形化、薄膜材料 和多孔结构等，依然是主要的研究亮点；首次充放电效率依 然是限制合金负极实用化的主要障碍。纳米合金具有较短 的扩散路径和较大的反应面积，适合
14、用作动力电池的电极材万方数据电 池第卷料；但纳米合金的高活性导致表面生成不稳定的膜，并 容易发生团聚。实用的做法是在纳米合金颗粒表面包覆非 活性层，或将纳米合金颗粒包埋在稳定的基体中。 是目前研究较为成熟的合金负极体系。无定形纳米 合金颗粒均匀分散在无序的碳基体中，材料的可逆比容量为性的又一课题 。 动力电池的发展瓶颈依然是电池组的平衡问题，通过外 电路优化补偿，是目前提高电池组性能的有效方法之一。研 究电池组性能衰减机理及如何提高电池组的性能，是未来锂 离子动力电池研发的关键， 。 除了活性物质，粘结剂材料的研究也是这次会议的热点 之一，伴随着新型正、负极材料的研究，粘结剂的研究内容将 会更
15、为丰富 。 新电池体系的研究受到进一步的关注。锂空气电池是 理论比容量最高的电化学储能体系，电极的比容量超过，不可逆比容量为 ，密度为 ；次循环后，比容量无衰减 。进一步的工作是，降低材 料中的含量或用其他廉价的金属来替代。粘结剂的 种类、材料的比表面积和电解液的配方等，对硅基合金的性 能有较大的影响，聚酰亚胺适合用作硅基合金的粘结剂，电 解液中添加碳酸亚乙烯酯（） ，能大大改善材料的循环性 能，当比表面积较小时，硅基合金具有比石墨更好的热稳定 性， 。异，放电电压为 。采用适当的催化剂，放电产生的氧化锂可充电还原为金属锂，使锂空气电池成为 高比容量的二次电池。锂空气电池的研究将成为高比容量
16、电池研究者关注的重点， 。 介孔碳材料复合单质硫可大大提高硫的利用率，是制备 单质硫正极材料的有效方法 。以石墨为负极的锂硫电 池，具有很好的循环性能，可以作为储能电池的备选方案 。 水溶液电解质锂离子电池的安全性很好， 。以硫酸锂或硝酸锂饱和水溶液作为电解质，正极可采 用磷酸铁锂或钴酸锂，负极采用钛酸锂等。水溶液电解质锂 离子电池不仅安全性好，制备成本也较低，有可能成为动力 电池的选择之一。锂离子电池电解质电解质方面的研究也没有明显的热点，研究和探索的方 面很多，涉及离子液体和塑晶新型电解质体系、新型锂盐、添 加剂、电解质溶剂、凝胶及聚合物电解质、研究界面问题、无 机固态电解质和进行锂离子迁
17、移数测定等基础研究。 凝胶和聚合物电解质的研究多处于实验室基础研究阶 段，能体现全电池的工作还没有，主要困难是较难实现基于 凝胶和聚合物电解质的电池制备工艺 。微孔型纯凝胶电 解质的电池制备工艺受到普遍置疑，其实用化的道路还很漫 长 。电池工艺是固态聚合物电解质研究中的重要内容， 例如，设计合理的电池工艺以提高电解质与多孔电极的接触 效率，是实用化的关键性问题 。离子液体因较高的离 子电导率和热稳定性，受到了较多关注，它也可应用于凝胶 电解质， 。 值得指出的是，硼基化合物在新型溶剂， “， 和锂盐，方面均有良好表现，如异 等将硼基酸作为电解液助剂，利用它对一和一 的键合作用，提高了难溶锂盐和
18、在和 中的溶解度，使得和能够作为可溶性锂 盐应用于电解液，且该电解液对和都表现 出了相当好的性能。该研究不仅为功能型电解液的研究开 辟了新的方向，对锂空气电池的发展也有相当重要的意义。锂离子电池电解液添加剂多以含磷化合物为主，目的是 提高电解质的热稳定性。液体电解质除了朝高功率、低温电 解液方向发展外。本次会议特别展示了高电压电解液和高温 电解液（）研究方面的重大突破。例如公司研 制的高电压电解液，通过改变膜的组成，提高了 在 的循环性能，在容量保持率为时，循环寿命从不到 次提高至超过次；而研制的高温电解液，则使全电池在 时，循环次后的容量保持率仍超过 。结语第届国际锂电池会议展示了锂离子电池
19、研发的最新 进展，研究热点主要集中在磷酸铁锂，高温性能和大倍率性 能已经突破，磷酸铁锂动力电池是目前最集中的热点。研究 导热系数低的碳材料，是解决磷酸铁锂电池安全性的关键。 动力电池发展的瓶颈是电池组的平衡问题，通过外电路 优化补偿，是目前提高电池组性能的有效方法之一。 电解质研究方面，顺应高压正极材料的发展需求，高压 电解液将是热点研究内容之一，而耐高温电解液是另一个主 要的发展方向。微孔型纯凝胶电解质和纯固态聚合物电解 质的电池规模制备工艺受到质疑，目前还看不到产业化的大 前景。新型粘结剂的研发，将大大推进新型正、负极材料的 研究。 除了材料研究，有关动力电池的研究也很多，国内外许 多企业以最新的研发成果证明了锂离子电池依然是一个蓬 勃发展的行业。 参考文献： 】 朗 口 ，巧： 其他电池体系除了电解质外，磷酸铁锂电池的安全性因素集中到了碳 负极上，研究导热系数低的碳材料，是解决锂离子电池安全曲 ：面 砒佣 叩删耐船】 口，协讧：收稿日期：一万方数据1
