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鋰離子電池是否落后了

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年08月24日  

前一陣子,有專家在貴報撰文稱,鋰離子電池現已是落后產品,德國等發達國家都在積極研發第二代鋰電池,即鋰聚合物電池。中國應該積極開發鋰聚合物電池和技術,它是比鋰離子電池更為先進的產品,未來將取代鋰離子電池。


對于這位專家的觀點,筆者不敢茍同。無論從國外經驗還是國內研發、生產趨勢看,鋰離子電池都處于上升階段。而且,鋰聚合物電池和鋰離子電池各有優劣,從目前看并不存在誰代替誰的說法。


鋰電池發明于上世紀70年代初的美國,發明者是美國化學家斯坦利·韋廷漢姆。鋰電池的特點是能夠利用鋰金屬結構密集的元素,在電極上以鋰離子的形式儲存較多的電荷。鋰離子具有輸送電子的特征,能實現電荷的遷移。在適宜電解液工作的溫度工況之下,具有較高的化學電位,可以儲存一定的電能。放電時鋰離子在負極釋放掉電子,這些電子隨后形成電流流出。鋰電池是手機、筆記本電腦微型化、商業化的重要條件之一。以目前的技術水平看,它要為汽車電動化作貢獻還需要人們再努力一把。短路、熱失效等都是發展中的鋰電池所要面臨的問題。現在,人們正運用提純、摻雜、交叉、置換等方法來提升鋰電池的實用性,以期使它的容量越來越大。


鋰電池的概念較多,有的是學術名,有的是商品名,有的是習慣用名。鋰電池由正負極、電解質、隔膜、單體電池外包裝殼體等幾部分組成。其基本要素構成沒有變,但正負極之合成材料、制造工藝,電解質構成、包裝材料等方面的變化層出不窮、日新月異,正是由于其正負極、電解質花樣繁多,才致使概念不清。


凡是用鋰金屬及合金制成電極的鋰電池,若以電荷儲存和遷移之特性而論,都是由鋰離子的運動而存放電,因此都可稱為鋰離子電池。這是鋰可用于二次可逆電池的基本原理,也是鋰電池電性能的物理特征。若以電解質分類則分為液體、膠體離子型和固體聚合物、凝膠等若干種,含離子特征的電解液是鋰電池的化學特征,與鋰離子電池稱謂中的“離子”有混淆但不是一回事。鋰電池充放電形成電荷遷移輸送電子都得由鋰離子來運動和實現。而電解質含與不含離子,與區分鋰離子電池品種稱謂無關。


第一代鋰電池用的是液體電解質(簡稱LIB),這類鋰電池根據電解質不同分為兩類:有機液體電解質和膠體高分子電解質。前者用金屬殼體包裝,后者既可用金屬殼體也可用軟膜包裝。用液體電解質組裝的鋰電池在充放電循環中易生長鋰晶枝,刺破隔膜而滲漏電解液,引發正負極短路,安全性較差。所以,研發者以聚合物電解質應對之,是鋰電池發展的一個進步。但是,這只是安全性的一部分,電池安全性涉及問題很多。


聚合物電解質既導電又安全,且外形隨用途而隨意設計,包裝較為方便。固體電解質分為聚合物和凝膠兩類,而具體品種有數十種,且仍不斷有新品種產生。固體電解質SPE是將電解質溶鹽溶解在聚合物中而制成。一般聚合物如聚乙烯中沒有離子導電性,故正負電極短路是不會發生的。


液體電解質鋰電池經美國人發明、日本索尼公司開發,已應用于手機、筆記本電腦和電動工具等方面,現已開始用于混合動力汽車上,屬鋰電池之第一代。液體電解質的鋰電池工作溫度在-20℃~60℃之間,尚可適應汽車的要求。固體電解質鋰電池(即鋰聚合物電池)是正在開發的技術,屬第二代。其實用性如何尚不得而知。這里需要說明一點,第二代產品未必比第一代更先進,因為在固體電解質鋰電池出來之后,液體電解質鋰電池技術又有了很大突破。

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