锂离子动力电池发展现状及应用前景

胡浪　乔俊叁

摘 要：随着社会经济实力的不断发展，工业领域成为了支撑我国的中坚力量。而在电池技术中，锂离子动力电池因“能量高”、“寿命长”的特点被广泛应用在的生活中。在正常的应用中，锂离子动力电池在温度范围具有非常明显的“耐受性”。锂离子动力电池的工作原理非常简单，一般都将锂离子动力电池中的“金属锂”作为负极，正极则以“SOCL2”、“MNO2”等。在工业领域，锂离子动力电池在手机、PC、iPad、摄像机等都有着广泛作用。在电压的横向比对中，“酸电池”、“镍电池”与锂离子动力电池相比，锂离子动力电池的电压较高，在保证周围环境不受污染的前提下释放出较大的能量。文章将就锂离子动力电池的发现状及应用前景展开讨论。

关键词：锂离子动力电池 发展现状 应用前景 综合探讨

Development Status and Application Prospects of Lithium-ion Power Batteries

Hu Lang，Qiao Junsan

Abstract：With the continuous development of social and economic strength， the industrial field has become the backbone of my country. In battery technology， lithium-ion power batteries are widely used in daily life due to their “high energy” and “long life” characteristics. In normal applications， lithium-ion power batteries have very obvious “resistance” in the temperature range. The working principle of lithium ion power battery is very simple. Generally， the “metal lithium” in the lithium ion power battery is used as the negative electrode， and the positive electrode is “SOCL2”， “MNO2” and so on. In the industrial field， lithium-ion power batteries are widely used in mobile phones， PCs， iPads， and cameras. In the horizontal comparison of voltages， “acid batteries” and “nickel batteries” are compared with lithium-ion power batteries. Lithium-ion power batteries have a higher voltage， which releases greater energy while ensuring that the surrounding environment is not polluted. The article will discuss the discovery and application prospects of lithium-ion power batteries.

Key words：Li-ion power battery， development status， application prospect， comprehensive discussion

在电池领域，随着我国工业技术水平的不断提升，锂离子动力电池因具备“较高的能量”、“较高的安全性”以及“较高的可靠性”等要素，在各种设备中得到了全面的应用。在以往的电池应用中，很多电池只做到了“标”，而未做到“本”。因此，在整体的性能中并未具备优秀的性能，在整体的发展中很容易造成整体环境的影响，与我国“绿色发展”的观点背道而驰。而锂离子动力电池与相比，自身具有较高的环保性，对人体的不良影响性较小。此外，得益于锂离子动力电池自身的续航性以及综合能力，使其“性能较高”，且“自身使用寿命长”。因此，针对于锂离子动力电池，相关的技术人员可以结合自身的特性，将其有效的应用在各行业中。

1 锂离子电池基本原理及其相关特点

在锂离子电池的构成中，其自身由“正极”、“负极”、“隔膜”以及“电解液”构成。其中，锂离子动力电池的正、负极材料可以有效的实现嵌脱锂离子。在整体的工作模式中，锂离子动力电池采用了一种类似于“摇椅式”的工作原理[1]。在锂离子动力电池整体的充放电过程中，其Li+可以在正极、负极间实现“穿梭式交换”，通过类似于“摇椅”的循环处理，完成锂离子动力电池的充电与放电过程。在锂离子动力电池的原理分析中，以“石墨”材料作为负极，“LiCoO2”为正极的电池为例，整体的“自冲自放”式化学反应式如图1所示。

因此，在日常生活、工业领域中运用钾离子电池，其自身具有“能量高”的特点。在质量比、能量和体积比中，锂离子动力电池的能量可达到120～200W·h/kg和300W·h/L左右[2]。此外，锂离子动力电池自身的放电电压非常非常之高，据相关测试，锂离子动力电池的3.2～4.2V以上;锂离子动力电池在理想的存放环境下，其自身的自放电率仅为5%左右，减少了持续充电导致的“电池峰值”下降。锂离子动力电池在发展过程中的循环寿命较长，其无记忆效应。

2 离子动力电池发展现状

作为一种新型电池技术，锂离子动力电池与一般电池相比，在保持自身稳定性的作用下具有较高的电压与能量。在锂离子动力电池中，其自身的“正极材料”与电池之间的性能具有非常密切的联系[3]。同时，良好的正极材料还将对电池的“整体安全性”、“整体能量密度”、“整体比功率特性”等要素都具有重大影响。在后續的实际使用中，相应的正极材料较多，例如“LiFePO4”、“LiNi1/3”、“Co1/3”等。在材料中，“LiCoO2”自身具有“比能量”、“稳定性高”、“工作性能优良”的特点。在一般情况下，“LiCoO2”因电池容量较小，因此在一些小型设备中应用较多。在“LiN-i1/3Co1/3Mn1/3O2”具有较大容量，其容量可能达到165mAh/g以上。因此，“LiN-i1/3Co1/3Mn1/3O2”在许多方面都能发挥出较好作用。在实际使用中，“LiN-i1/3Co1/3Mn1/3O2”具有非常高的安全性。在循环性中，其整体具有一定的“安全性”、“循环功能”以及“耐高温性能”，因此，在综合性能的比对中，整体的发展局势较好。此外，除“LiN-i1/3Co1/3Mn1/3O2”之外，“LiFePO4”自身的能量较低，整体的振实密度较低。此外由于每种的“正极材料”都具有不同的特性，在实际的应用过稈中，锂离子动力电池应根据整体的需要选择合适的材料。在锂离子动力电池的选择中，其自身主要有两种使用形式，分别为固定的“碳类材料”以及“非碳类材料”。在整体的运用性方面，处于安全性以及成本考量，整体以碳类材料种类较多[4]。此外，在锂离子动力电池中的“碳类材料”中，分别为“硬碳”、“软碳”、“天然石墨”以及“复合碳”等。这些具有明显碳类基础的材料在锂离子动力电池的实际运用中起到了非常良好的效果。此外，“碳类材料”还具有原材料广泛性的特点，其材料的获取途径较多，且相关的使用成本较低。但碳材料在具有广泛应用性的同时其自身也具有一定的劣势，例如在进行第一次循环时，锂离子动力电池中的“碳类材料”会损失掉较多的不可逆容量。此外，由于碳类材料的特殊性，其在高温状态下，碳材料的基本特性极易与电解液产生相关反应，严重者可能会出现“能量轰聚”，发生爆炸事故。

3 动力电池的应用前景

在锂动力电池的应用中，得益于其超高的应用性，因此在“便携式设备”、“卫星”、“储备电源”、“电动汽车”等各领域得到综合性发展。在我国目前大力推崇的“二次电源”运用中，具有绝佳的的潜力以及广阔的前景[5]。目前，在电动汽车领域，锂动力电池被广泛运用（如新能源汽车等）。此外，许多著名的汽车厂商针对于锂离子动力电池都致力于开发“纯电动汽车”以及“混合动力汽车”值得一提的是，我国“863新能源汽车”在锂离子动力电池领域得到了非常重要的实际突破。在整体的实施过程中，通过相应的技术以及自身的努力，将我国锂动力电池行业进行了整体提升，实现了综合发展。在针对锂离子动力电池的未来发展中，以“新能源汽车”为例。其自身根据锂离子动力电池的前景设立了综合发展目标，在2012年，实现我国国内新能源汽车“100万辆”的年产值。保守估计，这将对锂动力电池的需求将有效达到至少5000兆瓦时。此外，不少商家都在2009年的上海车展上，推出了基于锂动力的汽车。在“BYD”的“e6”系列中，其设计理念整体采用了高安全性的“磷酸铁锂”材料。此外，锂离子动力电池在我国的航天及军事应用中，因其自身优良的特性得到了有效的运用。作为享有“第三代航天电源”之称的锂离子动力电池，因其优良的特性得到了世界各国的广泛认知。在“NASA”、“ESA”、“JAXA”等已经就锂离子动力电池进行了多年的研究工作。英国更是在其“STRV-d”小型卫星将锂离子电池作为贮能电源，开创了世界先例。而我国也在2008年对锂离子动力电池进行了有效运用，例如在2008年发射的“神七伴星”。这项航空技术的贮能电源也采用了锂离子电池技术。目前，据相关统计，已由20多颗卫星在后续的运行中采用了锂离子电池作为贮能电源。此外，在后续的发射中，计划采用锂离子电池的共计约有10多颗。在锂离子电池的材料和技术的成熟的未来，相信将会有更多的航天器采用锂离子电池作为贮能电源[6]。

虽然锂动力电池具有非常卓越的应用性，但其未来使用中依然有部分亟待改进之处。根据相关调查研究，“昂贵的价格”以及“具有一定的要求性”成为了发展锂离子动力电池的最大阻碍。但随着“LIFEPO4”、“LIATISO12”等具有“高壽命性”以及“高安全性”的材料作为锂离子电池，锂动力电池技术将在未来发挥更大的作用。

4 结语

综上所述，在锂离子动力电池发展现状及应用前景中，随着我国锂离子动力电池的全新发展，锂离子电池的份额发展迅猛。在我国未来的综合发展中，锂离子电池必将实现多方面的改进。在改进中，其具备“高安全性”、“高效率性”、“高长寿命”、“低成本性”将作为锂离子电池技术发展的核心方向和追求目标。

参考文献：

[1]张红妮，张雅丽，王虹霞.电动汽车动力电池现状与发展[J].汽车实用技术，2019，（6）：16-17.

[2]王鑫.锂离子动力电池产业技术发展态势分析及对策[J].军民两用技术与产品，2018，（14）：211.

[3]刘彦龙.中国锂离子电池产业发展现状及市场发展趋势[J].电源技术，2019，43（2）：181-187.

[4]胡敏，王恒，陈琪.电动汽车锂离子动力电池发展现状及趋势[J].汽车实用技术，2020，（9）：8-10.

[5]刘国芳，赵立金，王东升.国内外锂离子动力电池发展现状及趋势[J].汽车工程师，2018，（3）：11-13.

[6]刘焱，胡清平，陶芝勇，等.锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J].中国高新科技，2018，（7）：58-64.