锂电池已被美国高级电池委员会（USABC）确定为一项需要长期研究的技术。不同的应用场景使用不同的锂电池。在一些应用中，锂聚合物电池已经取代了锂离子电池。虽然它们的比能量略低，但它们更安全。当然，在一项新的锂电池技术投入商用之前，过充、过放、短路等引起的安全问题（起火）是锂电池需要时刻关注的重要因素。

在锂电池中，金属锂电池在技术上与锂离子电池有很大的不同。锂金属电池的负极由金属锂组成，这种材料容易出现严重的安全问题；由于在负极和正极中添加了嵌入化合物（通常是石墨），锂离子电池使锂保持离子状态。

1.金属锂电池

在锂电池的放电阶段，金属锂电池的正极（即由金属锂组成的负极）发生氧化反应。锂离子通过电解液流向阴极（正极），在阴极与特定材料（主要是氢材料，见图8-5）混合（反应）而被还原，从而通过释放电子向外电路提供电能。在充电阶段，锂离子发生逆反应并由外部电路提供电子。

锂离子电池在负极材料上的反应不同于上面提到的金属锂电池，锂材料被碳（石墨）取代，可以让锂自由进入。这种结构的锂电池的主要优点是锂和电解液不直接接触，因此可以提高体系的化学性能。与纯锂电极相比，这种锂电池的电极电位稍大，电极质量更重。因此，该类锂电池的能量密度由纯锂电极的3828A·h/kg降低到LiC6复合电极的340A·h/kg。

锂离子电池使用两种材料，使锂离子可以发生可逆反应。负极采用嵌有锂原子（LiC6）的石墨膜，正极可采用外包锂氧化物材料（如LiCoO2）。液体电解质通常是含有六氟磷酸锂（LiPF6）的碳酸盐溶液。锂离子电池的单体电压约为 4V，而典型的单体电池工作电压为 3.7V。

锂电池的电解液只能是纯离子导体，因此具有良好的电绝缘性能。大多数情况下，这种锂电池的电解液是液态的（如LiAsF6、LiPF6、LiCIO4等，溶于有机溶剂或混合溶剂如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、二甲氧基乙烷等）。电解质也可以是固体，例如基于聚环氧乙烷的有机化合物或基于无定形硼酸锂的无机化合物。聚合物电解质属于固体电解质家族，是聚合物（例如聚乙二醇 PEO）和锂盐（例如 LiCIO4）的复合物。对于胶体聚合物，将锂盐溶解在碳酸亚乙酯等有机溶剂中，然后在聚丙烯腈 (PAN) 或 PVdF-HFP 共聚物中固化。

2.磷酸铁锂电池：能量密度非常高的锂电池

磷酸铁锂电池是锂离子电池的一种。正极由活性物质LiFePO4构成，负极为石墨。磷酸铁锂电池的单体电压略低（3.2V），但安全性更好，成本更低，循环稳定性更好。

3.金属锂聚合物电池

这种锂电池的负极是金属锂，正极是氧化钒，电解液是基于POE（聚环氧乙烷）和锂盐的聚合物。这种锂电池的电解液在60~80℃时性能最佳。这种锂电池采用挤压技术实现，由法国BATSCAP公司和加拿大AVESTOR公司共同开发。虽然目前价格更高，但这种新的锂离子电池技术在未来将大有可为，最终将比传统锂离子技术的制造成本更低。

锂聚合物电池是由 Michel Armand 教授发明和设计的。它在技术上完全可行，成本为100~150美元/kW·h，并且可以在60~150°C的温度下良好运行，没有安全隐患。有一些研究致力于使电池在稍低的温度下运行，但这种锂电池无法在-20°C 下工作。然而，在合适的温度条件下，它需要很少的能量供应。这种锂电池一周的自放电率为10%~20%。以Batscap开发的锂金属聚合物电池为例。这种锂电池的能量密度可达110W·h/kg（110W·h/L），工作温度为90℃（内部温度）。).

锂离子电池技术如果能够消除高温操作环境中的风险，将非常有吸引力。例如，锂碳电池在低温下工作良好，但由于使用有机电解质，当温度超过 60°C 时系统会升温。这种锂电池在容量小的时候是没有危险的，但是容量不能超过一定的水平。部分锂电池的技术特性、成本及优缺点对比如下图所示。

    上一篇我们送上的文章是 锂离子电池正极材料的开发 ， _!在下一篇继续做详细介绍，如需了解更多，请持续关注。
本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-19 21:51:47 整理发布。
转载请注明出处.