从IMLB2010看锂电池技术发展

天津电源研究所化学与物理电源技术重点实验室

作为具有悠久历史并在世界享有盛名的国际锂电池会议——IMLB，每两年一届，今年为第十五届，于2010年6月27日至7月2日在加拿大蒙特利尔成功举行。

从1991年以来，由于锂离子电池的成功产业化，又一次大大促进了各国在锂电池领域的研究工作，特别是新型材料的研发和评价等方面。由此使锂电池会议的规模不断扩大。2004年在日本召开的第十二届国际锂电池会议，参加人数达到650余人，2006年法国举办的会议也有650人，而于2008年在我国天津举办的第十四届国际锂电池会议与会者首次突破1 000人。此次在加拿大蒙特利尔举办的IMLB2010参会人数再创新高，超过1 200人（华人学者超过100人），收录了843篇论文，成为迄今为止发表论文最多，参会人数最多的一次盛会。

本次会议仍然以大会报告和墙报相结合的方式进行，其中大会报告85篇，其余为墙报(约758篇)。会议首先由主办方以及美、日、韩、中、瑞、德等国家代表单位作大会报告，介绍国家发展规划和总体研究现状，然后开始按照不同的研究领域依次进行报告。大会报告主要来自欧美与日韩，占据大会报告总数的90%以上，欧美和日韩报告总数基本相当，中国有2篇大会报告。此次国际会议天津电源研究所共发表论文7篇，是在中国参会单位中发表数量最多的。

内容统计

会议按讨论的内容分为：负极材料（论文共计188篇，大会报告11篇）、正极材料（论文共计327篇，大会报告20篇）、电解液（论文共计125篇，大会报告9篇）、锂离子电池（论文共计51篇，大会报告14篇）、新材料新工艺（论文共计57篇，大会报告8篇）、新体系与模型（论文共计45篇，大会报告9篇）、安全性和循环性（论文共计43篇，大会报告6篇），共七大部分。分布比例如图1所示。

发表内容以正极为最多，占39.1%；电池三要素——正极、负极、电解质总计占76.6%，其他占23.4%。

正极材料

正极材料交流共有论文327篇，其中大会报告20篇。大会报告主要围绕新型过渡金属氧化物、锂过量材料、磷酸盐等聚阴离子材料。其中关于LiFePO4及橄榄石结构材料的研究有12篇，超过半数，涉及了对LiFePO4材料组成、结构、反应相转变等方面的研究，发现了许多机理、材料合成及应用上的问题。图2显示了三代正极材料的划分，其中第二代材料包括尖晶石、三元材料和LiFePO4材料，是目前产业化应用的主要材料；而以高比容量和高电压为特点的第三代材料是研究的另一热点。

图1 会议论文分类及比例

图2 正极材料交流大会报告

在正极材料墙报讨论中，主要包含了磷酸盐材料研究（包括磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂等）、硅酸盐材料、过渡金属氧化物、其它氧化物共熔体材料、新的正极研究方法等。其中有超过100篇墙报与磷酸盐材料相关，说明全球范围内对该体系材料研究相当重视。

负极材料

负极材料交流共有论文188篇，其中大会报告11篇。大会报告主要围绕硅系列材料、薄膜固体负极材料、负极材料的机理研究方法等进行报告，其中关于硅基材料的报告共6篇，超过大会报告50%的数量，这说明目前世界范围内对硅基材料的研究最为活跃。

在墙报讨论中，负极材料涉及了硅基材料、锡基材料、新型炭材料、氧化物、氟化物、合金、其它新型负极材料等各种类型的负极材料研究，以及多种与负极材料相关的测试研究方法。硅基材料依然占据大比例数量，是最为活跃的研究对象。

电解液研究交流共有论文125篇，其中大会报告9篇。大会报告主要围绕聚合物电解质、新型电解质添加剂、电解液对电池性能影响等三方面开展。而在墙报中除了上述三大范围，还有众多的关于离子液体在电解液中的应用、固体电解质方面的研究，以及其它在电解液性能方面的创新研究。

锂离子电池研究交流共有论文51篇，其中大会报告14篇。虽然总论文数不多，但大会安排了14篇报告，可见对锂离子电池性能的研究受到非常大的重视。大会报告主要内容有：锂离子电池成本讨论、材料对电池性能影响、储能用超大容量电池、电动车用动力大电池等，如图3、图4所示。

墙报讨论中，锂离子电池研究还涉及了电池管理系统、工业用大型锂离子电池、锂离子电池在电动汽车中的应用及新的设计、对锂离子电池的新型测试和研究方法等。

新材料新工艺讨论共有论文57篇，其中大会报告8篇。大会报告涉及了氟化金属材料、硅酸盐材料、镁电极材料、钛酸盐材料、水体系锂电池等与锂离子电池相关的新一代材料和方法。墙报基本也是围绕上述这些新型材料开展，除此之外关于薄膜电池和薄膜电解质的研究也归入了这一类。

图3 动力用超大电池(a)与电动车用电池(b)的大会讨论

新体系和模型讨论共有论文45篇，其中大会报告9篇。在大会报告的9篇报告中有5篇是关于锂空气电池，其余为锂硫电池、锂离子电池的组合模型、热模型。在墙报中，有超过15篇文章关于锂空气电池，如图5所示，以美、日为代表的锂空气电池掀起了新的热潮，技术攻关取得重要进展。其余为锂离子电池热模型、锂电池失效模拟等研究。

安全性和循环性研究讨论共有论文43篇，其中大会报告6篇。大会报告和墙报都是集中关于电池热模拟、大型电池的热管理、锂离子电池存在的安全性问题，以及安全性和电池标准的讨论等方面。

结论

锂离子电池发展的重点是新型正极材料的研发，其中过锂锰基正极复合材料和高电位聚阴离子材料最有潜力，复合材料及核壳结构材料技术是新型材料实用化的瓶颈；下一代负极材料将是硅基材料，纳米技术为该类材料实用化的关键。动力电池的材料体系选择及热安全控制将是最大热点：材料种类及理化性能优化、电极技术、电池结构技术为其研发核心。作为下一代化学电源的金属空气电池及微电池技术将具有广阔的发展前景。

图4 锂电池性能的改进

图5 锂空气电池的大会讨论