锂离子电池发展现状及其前景分析.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaOct．252014V01．35No．102767．2775ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxbbuaaedu．Cnhkxb@buaa．edu．cn锂离子电池发展现状及其前景分析闫金定*中华人民共和国科学技术部基础研究管理中心，北京100862摘要：伴随着经济全球化的进程和能源需求的不断高涨，寻找新的储能装置已经成为新能源相关领域的关注热点。锂离子电池(LIB)是目前综合性能最好的电池体系，具

2、有高比能量、高循环寿命、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染等特点，并迅速发展成为新一代储能电源，用于信息技术、电动车和混合动力车、航空航天等领域的动力支持。LIB的核心和关键是新型储锂材料和电解质材料的开发与应用。本文综述了当前LIB关键材料研究和应用现状，特别是其在航空领域的应用技术发展；通过分析我国LIB产业发展情况及存在的问题，可以看出，在关键材料以及制造技术等方面我国还有很大的提升空间。关键词：锂离子电池；正极材料；负极材料；电解质；航空航天中图分类号：V233．3+1；TM912．9文献标识

3、码：A文章编号：1000—6893(2014)10—2767—09伴随着经济全球化进程和化石燃料的大量使用，环境污染和能源短缺的问题日渐突出。为了减少化石燃料使用过程的污染，发展风、光、电可持续再生能源及新型动力电池和高效储能系统，实现可再生能源的合理配置及电力调节，对于提高资源利用效率、解决能源危机和保护环境都具有重要战略意义。锂离子电池(LIB)具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。近年来，锂离子电池在航空航天领域

4、的应用逐渐加强，火星着陆器、无人机、地球轨道飞行器、民航客机等航空航天器中，锂离子电池的身影随处可见。随着节能环保、信息技术、新能源汽车及航空航天等战略性新兴产业的发展，科研工作者们亟需在材料创新的基础上研发具有更高能量密度、更高安全性的高效锂二次电池。1锂离子电池基本原理及特点锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液构成，其正、负极材料均能够嵌脱锂离子。它采用一种类似摇椅式的工作原理，充放电过程中Li+在正负极间来回穿梭，从一边“摇”到另一边，往复循环，实现电池的充放电过程。以石墨作为负极、LiCoO。

5、为正极的电池为例口]，其充放电化学反应式为正极反应：LiC002毒警Lil一。C002+zLi++ze—Uscharge负极反应：C。+zLi++ze昔“：c。电池反应：LiC002+C。苦“hC002扎i^锂离子电池的主要特点表现为：①比能量高，收稿日期：2014—06—09；退修日期：2014．06—16；录用日期：2014—07—18；网络出版时间：2014．07．2310：22网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／10．7527／$1000—6893．20140166．

6、htmI*通讯作者．Tel．：010—58881073E-mail：yanjd@vip．sinacorn引用撂武：YanJDCurrentstatusanddevelopmentanalysisoflithium—ionbatteries[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaS&ica，2014．35(10)：2767-2775．闫金定锂离子电遗发展现状及其前景分析!JI．航空学报．2014．35(10)：2767-2775．航空学报Oct252014VoI35No10锂离

7、子电池的质量比能量和体积比能量分别达到120～200W·h／kg和300W·h／L以上，在目前的蓄电池中是最高的；②放电电压高，放电电压平台一般在3．2～4．2V以上(钛酸锂电池除外)；③自放电低，在正常存放情况下，锂离子电池的月自放电率通常仅为5％左右；④循环寿命长，无记忆效应，普通锂二次电池在100％的放电深度(DepthofDischarge，DOD)下，充放电可达500次以上，磷酸铁锂电池和以钛酸锂为负极的电池循环寿命分别超过2000次和5000次；⑤充放电效率高，电池循环充放电过程中的能量转

8、换效率可达到90％以上；⑥工作温度范围宽，一般工作范围为一20～45℃，钛酸锂负极电池甚至可在一40℃下工作。2国内外锂离子电池关键技术研究进展近二十多年来，研发能量密度更高、功率密度更高、循环寿命更长和安全性更高的高效锂离子电池，一直是世界高性能二次电池科学技术发展的战略目标。制约高性能锂离子电池性能提高的最主要因素是缺乏系统化的锂离子电池电化学理论、新的锂离子电池体系以及高性能储锂材料，锂离子电池的核心和关键是新型储锂材料和电解质材料的开发与应用。2