高性能锂电池材料研究和应用探讨

李文俊

摘要：新能源的发展。新能源材料之一的锂离子电池材料就是清洁能源，其能量密度、工作电压、循环寿命都优于传统电池，而且对环境无污染、绿色环保。因此很有必要根据锂电池的发展过程，将产品一步步完善，使其更为安全稳定，得到更广泛的应用。

关键词：高性能锂电池;材料应用;趋势

引言

由于电子行业的迅速发展，人们对于锂电池的需求就越来越大，鋰电池的应用在电子行业不断扩大，主要应用在电动车、手表以及手机电脑这些基础设备中，甚至有的被应用在航空航天方面，锂电池的应用可谓非常的广泛。通过电子行业的发展，人们对锂电池的认识也越来越多，在不断地发展过程中，人们对锂电池的要求也越来越高。

1高性能锂电池材料以及应用优势分析

1.1锂电池材料的分类

锂电池分为锂金属电池和锂离子电池，其中锂离子电池材料根据采用的正极材料进行细分，分为锂离子电池有锰酸锂电池、钴酸锂电池、磷酸锂电池。锂离子电池工作原理如下文所述，与具体类型无关。锂电池充放电反应式：

充电：LiFePO4-xLi+-xe-→xFePO4+（1-x）LiFePO4

放电：FePO4+xLi++xe-→xLiFePO4+（1-x）FePO4

由上述反应式可以发现，整个反应过程没有消耗电解液，没有产生气体，锂离子只是在充电和放电过程中不断地游动。

1.2锂电池的优势

在如今的大时代背景下，各路精英齐聚，不断地进行科学研发。社会的不断发展使人们的生活追求越来越高。所以在现阶段电池的发展并不能满足人们的需求，在此条件下，锂电池就应运而生，并逐渐在发展过程中凸显出其优势。首先，锂电池的输出功率比较大。锂电池与其他电池相比较，释放的能力要远远高于其他电池，这也就保证了电子设备的电池待机时间更长，更有效的保证电子设备的正常运行。其次，锂电池的效率更高。锂电池的优势是能够快速的充电和释放电量，这样就可以节省出大量的时间，将时间更多的运用到其他方面，以此来不断提高人们的工作效率。

锂电池与其他电池相比，使用的时间会更长一些，而且在使用期间不会出现其他问题，不需要担心发生故障，从某些方面来说，不仅节约了时间而且也节约了成本。但是在现阶段的锂电池制作时，其使用的原材料较多且成本较大，这就是在目前阶段锂电池没有大幅度使用的重要原因之一。锂电池的制作技术要求也比较高，对于制作人员具有较高的专业要求，这在一定程度上也加大了锂电池的成本投入。锂电池属于大功率物品，在运行过程中容易产生高电压，这就需要专业的保护，避免在使用过程中造成危险。在现在的锂电池市场中，基本能够满足供需平衡，当然锂电池的发展可以满足大部分客户的需求。然而，随着科学技术的不断进步，人们更追求物质上的享受，这也就要求物质的发展要跟上人们精神的发展。

对于目前阶段的锂电池来说，对于一些追求更高享受的人来说并不能满足他们的需。不断开发高性能锂电池，不但可以推动电池行业的发展，而且还可以推动我国电子行业的发展，从而提高我国电池行业和电子行业在国际市场的占有份额，不断提高我们的经济实力，提高我们的综合国力。在我国现在大力提倡环保的背景下，高性能锂电池作为一种相对来说比较环保的电池，可以进行循环利用，也为我国的环境发展贡献一份力量。

2锂电池材料的发展过程及存在问题

锂电池材料最早以硫化钛为正极材料，金属锂作为负极材料，制备出最为简单的锂电池，但这种电池的技术需要的精密度很高，产业无法达到，未得到广泛应用，但锂电池材料制成电池成为了重点的研究方向。之后以锂离子作为研究材料研究出了以钴酸锂作为正极材料的电池，随后研究出的磷酸铁锂具有橄榄石型结构，其工作电压平稳、比容量高、放电功率较大、可快速充电且反复利用的寿命长、在高温与高热环境下稳定性好，成为未来锂离子电池发展方向之一。锂的枝晶生长、锂金属电池低的库伦效率和锂的无主体沉积引起的体积膨胀等一些关键问题长期制约着锂负极材料的商业应用。

锂的每次沉积都会产生枝晶，在充放电循环中，锂枝晶会导致电池内部短路，更严重的情况下，还会引发爆炸等安全事故，带来严重的安全问题。除此之外，锂枝晶的产生还会增加负极表面积，新暴露出的锂金属会与电解液发生一系列的反应，生成固态电解质膜，这会损耗活性材料以及降低电池的库伦效率。为了解决以上问题，研究者们对锂金属电极在锂枝晶生长的机理方面进行了许多探索。从根本寻找可以抑制锂枝晶产生的方法，但这些抑制方法虽然能够在一定程度上缓解锂枝晶的生长问题，但与商业化应用的标准还存在很大的距离。

3高性能锂电池材料应用趋势

3.1扩大应用领域

在当前阶段锂电池的应用主要是在电子产品以及少量的航空航天方面，应用范围相对来说还是比较窄。在未来的发展中，大量的行业都需要应用到锂电池，所以锂电池的发展前景还是具有非常大的潜力的。

3.2减少成本投入

人们对锂电池的需求的要求不断提高，而对于研究及制作锂电池的专业人才却非常匮乏，同时对于制作锂电池的一些原材料也不能够自给自足，导致有些原材料只能通过进口来获得，这不仅提高了成本，而且不利于整个电池行业的发展。对于现在的电池行业来说，发展也只是刚刚开始，未来的发展任务十分艰苦。因此，我们国家首先要重视对于专业技术人才的培养，不断加大科研投入，给予研发人员充分的基础保障。其次，我国要不断进行锂电池原材料的开发，首先要满足我国市场的需求，满足锂电池的生产需求，这样不仅可以节约制作高性能锂电池的成本，而且还可以促进高性能锂电池的发展，同时推进我国电池行业的发展。

3.3锂电池在新能源汽车中的运用

在目前各国都在对环境大力的保护下，汽车尾气是主要污染的源头之一，为了更好的减少汽车尾气对环境的污染锂电池的出现正好减少了汽车尾气对大气的污染。目前汽车业的发展前景已经渐渐的在想新能源电动汽车转变，因此，带动了针对汽车动力研究和开发新能源。汽车动力锂电池在汽车动力方面运用相对较多，锂电池运用在汽车上会减少污染，且锂电池的寿命相对较长，能量较高可以使汽车动力十足等特点。因此，在汽车行业锂电池越来越多的被运用及使用。但是在研究及开发时，锂电池还存在一些困难的问题没有得到实质性的解决。

根据目前导致新能源汽车发展缓慢最主要原因就是电池动力方面，在生产锂电池是锂电池的生产成本相对来说是比较高的。新能源汽车能发展起来的关键就是在于锂电池技术的成熟与否，该研究项目是新能源汽车在市场中戰略竞争的关键点之一，现在锂电池在电池行业中对生产材料要求是非常高的，必须具有很高的安全性和适应环境的能力以及功率的大小，性能的持久能力和最关键的成本要低。新能源产业汽车要在接下来的发展过程中保持对锂电池的研究和关注，应及时的知道锂电池生产技术能在新能源车电机上的技术及动力要求，以及效果及时反馈。根据对锂电池的运用及不断的改造问题进行完善与跟进，要以提高锂电池的质量，功率、使用寿命、动力等问题进行解决。需要掌握新能源汽车与锂电池结合的技术，实时了解国外以及国内一些关于锂电池的研究和报告从而使锂电池和新能源汽车相结合减少污染。要求提高关于锂电池研究人员的能力以及研发技术等，争取早日形成规模化、系统化以及生产专业化的产业结构。当前经过调查新能源汽车在使用锂电池时汽车动力续航时间相对较短，动力相对不足。锂电池研究人员可以针对在市场的反馈来进行针对性的改进完善。早日在锂电池上取得重要的突破。

在移动通讯和便携式的电器中，锂电池得到了比较普遍的应用。由于环境方面和能源方面的压力，以及锂电池的优势特征，锂电池在新能源汽车中也开始得到应用，锂电池将成为未来新能源汽车的一个主要电源。在2020年的新能源汽车发展产业规划中，我国明确了纯电驱动在汽车产业中的战略地位，推广新能源汽车。这个规划使得汽车行业进入了新的战略发展期，并为新能源汽车的动力电池产业提供了巨大的机遇。

3.4固态电池材料

固态电池具有高安全性、长寿命和高比能量等特点，对于新能源汽车、化学储能和智能电网有大规模应用需求。所以固态锂电池技术在制备过程中的界面阻抗等问题上一旦取得突破，将会对相关领域带来革命性的变化，并能够更好地满足未来新的多种应用需求。固态锂电池可提升现有锂电池体系能量密度、安全性和循环性等技术，成为全球热门产业。美国、欧洲、日本、韩国等地的科研机构很早就开始研究固态锂电池材料的制备。中国在技术研发方面，产业化方面，政策引导方面也有所行动，为了提升我国固态锂电池的技术开发能力，我国不断建设高水平的国家级研发诊断测试平台。并且通过对优势团队的大力支持，迅速提升我国核心团队在世界范围的影响力。

4结语

综上所述.在我国科学技术不断进步的背景下，对高性能锂电池材料研究也不断深入，未来的高性能锂电池可以更好的满足人们的要求，发挥更多的优势，也充分推动电池行业的发展。

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