锂离子电池的现状与未来

锂离子电池具有高能量和功率密度的不可比拟的组合，使它成为便携式电子产品、电动工具和混合/全电动车的首选技术。如果电动车取代了大多数汽油驱动的交通工具，将显著减少温室气体排放。锂离子电池的高能效还可以允许其在各种电网应用中使用，包括改善从风、太阳能、地热和其他可再生能源收集的能量的效率，从而有助于它们的更广泛使用和建立能源平衡，带动经济发展。因此，锂离子电池受到工业界和政府资助机构的广泛关注，近年来这方面的研究也十分丰富。

锂离子电池：现状与未来

然而，展望未来，许多人担心的是——从长远来看，锂离子电池是否能够满足世界对便携式能源储存的需求。对于某些应用（如运输和电网）来说，锂离子电池目前价格昂贵，并且锂离子电池中目前使用的锂和一些过渡金属的短缺将来可能成为一个问题。

同时，锂离子电池比其它化学电池具有基本优势。首先，锂的还原电位是所有元素中最低的，这使得锂基电池具有最高的电池电位。此外，Li是第三轻元素，并且是单个带电离子中最小的离子半径之一。这些因素使得锂基电池具有高的重量和体积容量以及功率密度。

最后，虽然多价阳离子允许每离子更高的电荷容量，但是额外的电荷显著地降低了它们的迁移率。考虑到离子在固体电极中的扩散常常是电池功率性能的速率限制因素，这对于开发这种替代化学制品提出了巨大的障碍。

锂离子电池：现状与未来

在不久的将来，锂的巨大短缺是不可能的。关于石油也有类似的说法，但随着世界石油储备和资源继续随着价格上涨以及勘探和采矿技术的发展而增长，这种说法尚未实现。就绝对数量而言，在地壳上可获得的锂量足以为全球汽车车队提供动力。

然而，不断上涨的价格可能对锂离子电池造成问题，因为成本是阻碍其扩展到可再生能源应用的主要因素。尽管如此，锂目前并不是锂离子电池成本的主要因素。锂用于阴极和电解质，这仅占总成本的一小部分。

在这些成分中，加工成本和阴极中钴的成本是主要因素。鉴于锂离子电池的基本优点，在未来许多年里，锂离子电池将完全有可能继续主导便携式电化学储能。

由于锂离子电池是便携式电化学储能的首选来源，提高其成本和性能可以极大地扩展其应用范围，并使得依靠储能的新技术成为可能。迄今为止，锂离子电池的大量研究一直处于电极材料中。具有较高倍率容量、较高充电容量和（对于阴极）足够高的电压的电极可以提高锂电池的能量和功率密度，并使其更小和更便宜。然而，这仅仅是假设材料本身不是太贵或稀少。

锂离子电池具有明显的基本优势和几十年的研究，使其发展成为当今的高能量密度、高循环寿命、高效率的电池。

锂离子电池：现状与未来

然而，新的电极材料的研究仍在继续，以推动成本、能量密度、功率密度、循环寿命和安全的边界。

虽然存在各种有前途的阳极和阴极材料，但许多材料都存在电导率有限、锂传输缓慢、溶解或与电解质的其他不利相互作用、热稳定性低、体积膨胀大和机械脆性等问题。

但是，目前已经采取各种方法来克服这些挑战。这些都是不用担心的了。

许多插层阴极已经投放市场，转换材料技术正慢慢走向广泛的商业化。近二十年来，锂离子电池电极材料的研究一直是令人振奋的。随着新材料和策略的发现，锂离子电池无疑将在未来几年对我们的生活产生越来越大的影响。