锂电池技术的发展与应用

龙源期刊网

全球锂电池市场状况和应用发展综述

作者：邱鑫豪 陈世杰

来源：《工业设计》2016年第06期

摘 要：随着全球经济的提高，更多的新型能源得到人们的广泛应用。而在电池的发展过程中，锂电池的应用起着非常重要的作用。本文笔者通过分析锂电池的正极、负极、电解质和隔膜的发展现状以及锂电池在3C、电动汽车和储能市场中的应用来探究国内外的锂电池的发展趋势。

关键词：锂电池；市场状况；应用；发展

随着全球的发展，大量的自然能源被人们开发和利用，使得世界上出现了能源危机的现象。因此，新型能源的研究具有着非常重要的意义。锂电池作为新一代的清洁能源，不仅能够避免对于环境的污染，还能方便人们的生活和工作。针对全球锂电池的市场发展现状，笔者分析了国内外的锂电池的发展趋势，发现了国内锂电池发展的不足。这能够在一定意义上促进国内锂电池的发展。

1锂电池的概述

锂电池（Lithium Cell）是指由非电解质溶液和锂金属或者锂合金组成的电池。锂电池可以分为锂金属电池和锂离子电池两种类型。锂电池主要由正极、负极、电解质和隔膜四部分组成。锂金属电池的正极主要为二氧化锰，负极为锂金属，而锂离子电池的正极为锂金属氧化物，负极为石墨。

相比传统的电池，锂电池具有一定的优势。首先，锂电池储存的能量大概是普通电池的六倍多，其具有将近六年以上的使用寿命。其次，锂电池不含有重金属，对环境没有污染，并且在生产的过程中不需要水来作为原料。最后，锂电池的重量特别的轻，还能够适应高温和低温的环境。这在一定程度上更加方便了人们对于锂电池的使用。

但是，锂电池在发展的同时也存在一定的不足之处。第一，锂原电池在使用的过程中会存在着可能发生爆炸的危险，影响了人们的安全。第二，锂电池在充电和放电的过程中，必须对其线路进行保护。第三，锂电池在生产和使用中有着一定的条件的限制，具有较高的成本。

龙源期刊网

钛酸锂电池技术及其产业发展现状

作者：唐堃 金虹 潘广宏 王国文 薛嘉渔

来源：《新材料产业》2015年第09期

一、钛酸锂电池技术在国内外的发展状况

自从锂离子电池在1991年产业化以来，电池的负极材料一直是石墨（包括人造及天然石墨）在一统天下。尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12，LTO）自从1971年Deschanvres等报道了其合成方法与晶体结构之后[1]，Colbow等和Ohuku等对其进行了比较系统的电化学性能测试[2，3]。然而钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视开始于20世纪90年代后期。比如钛酸锂材料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格常数变化很小（体积变化

由于多数专业锂电人士从来没有真正动手制作过钛酸锂电池产品，或者只是做过几次遇到困难（如胀气）就草草收场。所以他们没能静下心来仔细思考一下，为什么大部分制作完美的传统锂离子电池通常只能完成1000～2000次充放电循环寿命？传统锂离子电池循环寿命短的根本原因中是否源于其中的某一个基本组件-石墨负极难堪重负呢？一旦将石墨负极替换成尖晶石型钛酸锂负极之后，基本相同的锂离子电池化学体系就能循环到几万乃至几十万次。另外，在很多人津津乐道地谈论钛酸锂电池的能量密度偏低时，却忽略了一个简单而重要的事实：那就是钛酸锂电池超长的循环寿命、不同凡响的安全性、优异的功率特性以及良好的经济性。这些特性却将会是成就目前正在崛起的大规模锂电储能产业的重要基石。

近10多年来，国内外对钛酸锂电池技术的研究可谓是风起云涌。其产业链可分为钛酸锂材料制备、钛酸锂电池生产与钛酸锂电池系统的集成及其在电动车及储能市场的应用。

1.钛酸锂材料

国际上对钛酸锂材料研究及产业化方面比较领先的有美国奥钛纳米科技公司（以下简称“美国奥钛”）、日本石原产业株式会社（简称“石原产业”）、英国庄信万丰公司（简称“庄信万丰”）等。其中美国奥钛生产的钛酸锂材料无论在倍率、安全性、长寿命及高低温等方面性能优异。但是由于生产方法过于冗长精细导致生产成本偏高，使其在商业化推广上难度较大。石原产业是亚洲最大的钛白粉制造商之一，公司在日本、新加坡、台湾均有生产基地。石原产业充分利用其充沛的原材料资源，以湿法工艺成功地开发了多款低成本、高倍率、不同颗粒度的钛酸锂产品。其性能相似的产品在价格比较美国奥钛的钛酸锂材料有较大的优势，但比中国国内的产品则稍逊一筹。庄信万丰接手了原德国南方化学公司拥有的磷酸铁锂等材料，但在钛酸锂材料的研发与生产方面投入不足，产品质量难以稳定。 龙源期刊网

国内锂电池产业发展分析

前 言

由于电子、信息及通讯等3C产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能组件也往「轻、薄、短、小」的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度高的二次电池需求相当迫切。小型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池及二次锂电池。由于防止镉污染的环保诉求下，镍镉电池慢慢被取代已成趋势。镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低，高温特性差及少许记忆效应等缺点，在3C产品应用上，已逐渐被锂离子电池所取代。二次锂电池具有工作电压高 (3.7 Volt)、能量密度大(175 Wh/Kg)、重量轻、寿命长及环保性佳等优点，目前已大量应用于可携式电子产品上；包括笔记型计算机、个人数字助理(PDA)、行动电话、摄录像机、数字相机、迷你光驱、掌上型终端机及游戏机等等应用，如图1；未来更可作为电动工具、电动自行车、电动机车及电动车之动力来源。未来结合计算机、PDA、行动电话等功能的行动信息与通讯终端产品除了强调产品的「无线化」、「可携带化」外，更进一步朝「多功能化」的方向发展。因此作为行动电话或可携式信息家电(Mobile IA)产品电源供应的二次锂电池的需求更为迫切。本篇报告主要针对国内锂电池产业特性、外围产业、市场需求及产业现况发展作探讨。

1.产业特性

电池产业特性主要包括(1)产业技术创新较缓慢 (2)产品生命周期长 (3)需多项关键技术整合与生产技术经验累积 (4)外围产业依赖度高。镍镉电池已被使用18年以上，但产品功能尚不足，技术仍有改进空间。近几年来商业化且大量使用的小型二次电池系统，种类大概只有镍镉、镍氢及二次锂电池。因此整个电池产业的进展稍嫌缓慢。电池产业需要多项技术整合，包括化学技术，生产技术、电子技术、材料开发技术等。不仅在理论上需要不断开发且在生产上亦需要长时间的技术经验。不同种类的电池，其技术经验不同。电池是一种储能组件，必须特别注意产品的安全性。镍镉电池在1984年被导入市场，由于价格便宜、安全性佳、快速充放电力强，被广泛使用于市场。但镉污染严重、又有记忆效应，已慢慢被其它电池取代。镍氢电池在1991年导入市场，由于较镍镉电池之电容量高、记忆效应小、不会产生环境污染，且工作电压与镍镉电池相同，已经大量取代镍镉电池市场。然而镍氢电池的工作电压、能量密度、高温特性及些许记忆效应等性能，远比二次锂电池还差，使得1992年才导入市场的锂离子电池，目前已大量取代镍氢电池在笔记型计算机、行动电话、PDA、摄录像机、数字相机、迷你光驱及蓝牙耳机等可携式电子产品的市场，成为未来小型二次电池的主流，表1.为小型二次电池特性比较。

锂离子电池的技术革新与前景展望

随着科技的不断发展，人们对于能源存储技术的需求也越来越高。锂离子电池作为一种重要的电池技术，被广泛应用于电子产品、电动汽车等领域。本文将从锂离子电池技术的革新与发展，以及未来的前景等方面进行探讨。

一、锂离子电池技术的革新

在过去的数十年中，锂离子电池的基本结构和原理基本未发生改变。但是，为了提升锂离子电池的性能，科学家们不断进行技术创新与改进。

首先，锂离子电池的正极材料从最初的锂钴酸锂发展到了锂铁磷酸锂、锂镍锰钴氧化物等多种高性能材料。这些新型正极材料具有更高的放电容量和更好的安全性能，能够满足消费者对于电池产品性能需求的提高。

其次，科学家们还通过优化电解液、改变电极材料结构等多种方式，提升了锂离子电池充电速度和循环寿命等关键指标。同时，更为环保的生产工艺也逐渐被应用于生产当中。

最后，新型的硅基负极材料、固态电池技术、锂空气电池等新技术，也正在不断被研究和开发。这些技术可以进一步提高锂离子电池的性能，同时也将推动电池技术的革新。

二、锂离子电池的发展前景

随着全球范围内对于能源存储需求的不断提高，锂离子电池也因其高能量密度、轻量化、长循环寿命等特点成为了无线通信、电动汽车、智能穿戴设备等领域的重要基础设施和核心元器件。在未来的发展中，锂离子电池技术也面临着巨大的发展机遇。

首先，锂离子电池将逐渐进入到能源存储领域。随着可再生能源的发展，将需要更多的能源存储设备来储存热能、电能等。锂离子电池秉承了高能量密度、长循环寿命等优秀特点，将成为未来能源存储的重要选择。

其次，锂离子电池应用于电动汽车的前景也十分广阔。在全球范围内，许多国家和地区都提出了电动汽车发展的计划和政策，这也将为锂离子电池产业带来更多的机遇。

此外，智能穿戴设备、智能家居、智能城市等领域，也将成为锂离子电池应用的重要领域。

三、结语

随着科技的不断进步，锂离子电池的技术革新与发展也将得到更多的关注。未来，锂离子电池将成为能源存储和电动汽车领域的重要支撑，同时也将逐步渗透到我们生活的方方面面。我们相信，在科技的推动下，锂离子电池将会朝着更加高效、环保、安全的方向不断发展。