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(shù)概況

鋰離子電池在實際使用的過程中，產(chǎn)熱的原理是相對來說較為復(fù)雜的，電池在充電和放電的過程中內(nèi)部產(chǎn)熱也是比較復(fù)雜的。因此相關(guān)工作人在實際工作過程中，在對這一問題進(jìn)行研究時，需要建立非常精準(zhǔn)性的產(chǎn)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(xué)反應(yīng)的速率，充分的了解電池內(nèi)部的電流密度以及各個部分所引起的反應(yīng)熱，在實際工作的過程中，需要技術(shù)工作者做好充足的前期準(zhǔn)備，并且精準(zhǔn)性的獲取有關(guān)電池?zé)崮Ｐ椭械母鱾€參數(shù)，從而給實際工作提供重要的支撐。在當(dāng)前時代下，被廣泛認(rèn)可的熱效應(yīng)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(jié)合外部的環(huán)境以及初始條件進(jìn)行電池內(nèi)部外部溫度分布的計算工作，最終所獲得的結(jié)果是非常精準(zhǔn)性的，之后，相關(guān)工作人員要通過實驗的方式來確定模型中的相關(guān)參數(shù)，對電池?zé)嵝?yīng)進(jìn)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(nèi)部產(chǎn)熱的差異性進(jìn)行了相應(yīng)的分析，通用性是比較高的，相關(guān)工作人員在實際研究的過程中，還需要研究有關(guān)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(yīng)用的水平，同時，對于我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到一定的助力作用。因此相關(guān)工作人員在實際工作中要加強(qiáng)對這一問題的重視程度。

2 鋰電池關(guān)鍵材料技術(shù)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(jīng)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(yán)重，向?qū)訝罨?、高錳方向發(fā)展；磷酸鐵鋰電導(dǎo)率低、電性能差、能領(lǐng)密度低，目前已達(dá)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(jié)構(gòu)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(yīng)，逐漸被行業(yè)內(nèi)推廣，在我國是最具有前景的新型正極材料。

2.2 鋰電池負(fù)極材料發(fā)展趨勢

負(fù)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(yīng)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(fù)極材料的倍率性能很難滿足鋰電池下游產(chǎn)品需求，逐步被高容量、高導(dǎo)電性材料取代。含硅負(fù)極的高容量使鋰電池發(fā)展的主流。其中以解決負(fù)極的膨脹、變形、與電解液反應(yīng)等是關(guān)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(yīng)力變化，抑制與電解液反應(yīng)。尤其是以硅-碳(Si-C)復(fù)合負(fù)極材料是未來發(fā)展趨勢。另外，鈦基及錫基鋰電池納米負(fù)極材料是負(fù)極的良好補(bǔ)充。其中碳化鈦（TiC）、TiO2和二硫化錫（SnS2）等復(fù)合負(fù)極材料具有優(yōu)異的效果。

2.3 鋰電池電解質(zhì)材料發(fā)展趨勢

離子電導(dǎo)率相對較高的有機(jī)液體電解質(zhì)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(zhì)的鋰離子電池對比，使用不可燃的固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池則可避免這些問題，因而固態(tài)電解質(zhì)成為今后的發(fā)展主流。運(yùn)用固體電解質(zhì)的電池，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在應(yīng)用壽命長、比較安全，成為電池領(lǐng)域研究的主要熱點。目前,固態(tài)鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵是制備兼具高離子電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性的固體電解質(zhì)材料。固體電解質(zhì)存在室溫離子電導(dǎo)率低、與正負(fù)極材料的物理接觸較差、電解質(zhì)/電極間界面阻抗大等問題。另外，向聚合物電解質(zhì)發(fā)展。用聚合物電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)，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(zhì)使鋰電池的壽命更長，更為穩(wěn)定。固態(tài)陶瓷電解質(zhì)在耐高溫性、穩(wěn)定性、高電導(dǎo)性具有巨大的優(yōu)勢。聚合物固體電解質(zhì)有較好的粘彈性及可塑性，并且質(zhì)量輕、成本相對也較低，但電導(dǎo)率卻不高，二者復(fù)合形成的陶瓷—聚合物復(fù)合電解質(zhì)不但可以提高材料的離子電導(dǎo)率,改善材料的機(jī)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(dá)到較高的水平,但隨著在動力電池中的應(yīng)用,其高低溫穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、安全性成為阻礙其大面積推廣應(yīng)用的巨大障礙。盡管已采用各種技術(shù)手段進(jìn)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(fù)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(jié)語

綜上所述，鋰電池的技術(shù)進(jìn)步主要來自關(guān)鍵電池材料創(chuàng)新研究與應(yīng)用進(jìn)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(jìn)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(fù)極材料，以硅-碳(Si-C)復(fù)合材料為代表的新型高容量負(fù)極材料是未來發(fā)展趨勢；三是電解質(zhì)，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(zhì)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(zhì)發(fā)展，最終向全固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展。新材料的開發(fā)和應(yīng)用對于進(jìn)一步提高鋰電池性能，提高質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，改善穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。