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锂电池的应用现状及未来发展趋势

钜大LARGE  |  点击量:7274次  |  2018年11月28日  

摘要
随着近年来我国科学技术快速发展,研发出能量密度更高、功率更大、循环使用寿命更长高效能锂离子电池已成为科研工作者研究的重点内容。在当前能源技术视域中,制约高效能锂离子电池商业化应用的主要因素是缺乏系统化的科学理论支撑,新的锂离子电池系统以及高性能处理材料目前还没有完全形成,新型处理材料及电解质材料的研发应用还处在初步探索阶段,没有形成科学系统的理论体系。

一、锂电池技术的研究进展


随着近年来我国科学技术快速发展,研发出能量密度更高、功率更大、循环使用寿命更长高效能锂离子电池已成为科研工作者研究的重点内容。在当前能源技术视域中,制约高效能锂离子电池商业化应用的主要因素是缺乏系统化的科学理论支撑,新的锂离子电池系统以及高性能处理材料目前还没有完全形成,新型处理材料及电解质材料的研发应用还处在初步探索阶段,没有形成科学系统的理论体系。


(一)锂离子电池正极材料的研发


在锂电池研发及应用中,正极材料的使用被看作锂电池研究和应用的核心内容,历来都是科研工作者重点方向。正极材料不但要作为能源存储媒介,实现能源转换和电力可持续获取,在电池内部两级材料之间的锂,还负担电池负极材料正极材料固液界面膜(SEL膜)所消耗的锂。因此在锂电池研发及应用中,需要的正极材料具有电位高、比容量高、密度大等特点,能保持较长的使用寿命和较佳的使用密度。


(二)锂电池的负极材料


从目前的科学研究趋势来看,锂电池应用的负极材料应该能容纳大量正锂离子,具有较好的导电性,具备一定的稳定性。目前广泛应用的负极材料难以满足上述需求,存在放电效率低、大电流充放电速度慢等缺陷。因此研究出化学性能更好的负极材料,以及进一步改进现有材料的生产工艺已成为提高锂电池性能的重要方法。目前锂电池的负极材料主要使用模式可分为三种情况:嵌入型、合金型及转化型三种,每种负极材料使用模式适用于不同性能锂电池的研究及应用,在不同情况下具有不同使用特点,在当前科学技术及能源利用方面需要更多的科研学者参与到新型材料研发中,结合新的技术及生产工艺生产出高效能的锂电池。


二、目前我国锂电池产业发展现状


我国从改革开放之后就开始进行锂电池研究工作,20世纪70年代后期,很多科学家投入到锂电池生产研发中。进入21世纪以来,日本锂离子电池年产量多达数十亿只,约占全球95.3%的市场,而我国锂电池年产量只为0.45亿只,占全世界市场份额不足2.7%。为了顺应时代发展要求,政府出台了一系列关于扶持锂电池产业发展的政策,先后在十五规划、十一五规划、十二五规划中就锂电池产业的发展作出了明确的指示。其中动力锂电池技术被我国纳入到优先战略发展规划中,成为社会科研机构重点研究课题。在国家政策和产业发展红利的引诱下,我国锂电池产业有了长足的发展,产业格局已基本形成,包括深圳比亚迪、天津力神等锂离子电池企业快速崛起。到2014年,我国锂离子电池年产量达50亿只,已成为全球最大的锂离子电池生产及应用的国家。


三、当前我国锂电池研究发展中存在的问题及对策


目前我国锂电池在能量密度和功率输出的关键性性能指标方面虽有明显提升,但在材料制造以及核心技术储备方面与欧美发达国家尚存在一定差距。针对目前我国锂电池研究及应用中存在的不足,就要将关键材料、技术和知识集中统筹起来针对存在的问题进行针对性解决,以维护我国能源安全。


事实上基于先进技术以及材料储备、人才队伍能够开发出具有高能量和高功率密度、安全可靠、使用寿命长、性能稳定的锂离子电池,以达到实践应用的目标。这种新型的能源动力装置将满足我国在汽车制造、大中型电动交通工具、航空航天以及国防建设等领域的能源需求,对促进我国工业进行转型升级,达到4.0生产水准,合理优化资源配置具有重要意义。同时国内航空航天领域,对大容量锂离子电池的研发,尚处于起步阶段,在使用周期以及使用效能方面上存在着一定不足,因此对于企业,放电性能及使用寿命要进一步加强研究,进一步提高其生产水准。


四、未来锂离子电池研究及应用展望


随着材料技术和制造工艺不断进步,锂离子电池在日常使用及专业领域中的应用范围将不断扩大,我国锂离子电池年产量将不断提高,生产工艺技术将得到进一步加强。在可以预见的将来,为了适应不同的存储媒介以及使用空间环境锂离子电池必将由现在的单品种及多品种模式向特种化方向发展的趋势,生产工艺将得到进一步改进。高使用效率、较长的寿命使用周期将是未来锂离子电池具备的主要特征。发展新型高性能低成本的锂离子电池及相应的化学应用材料,将不断完善我国的产业链设置,强化相应的生产机制,提高我国锂电池产业链整体生产水平。


综上所述,未来我国对于锂电池的研究将呈现多元化趋势,生产工艺和技术将得到明显提升,为了满足不同情况下锂电池使用问题,锂电池的放电效能及使用寿命将得到加强,我国的锂电池生产能力也将得到全面强化,将形成新的产业发展格局。

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