鋰離子電池之后,鋰空氣電池,鋰硫電池等誰是未來發(fā)展趨勢?
電池這個東西從發(fā)現到現在三十來年發(fā)展相當的緩慢,正極不用說了,鈷酸鋰,磷酸鐵鋰,錳酸鋰到現在還是主流電池,再次基礎上發(fā)展出來的三元,鎳錳酸鋰,磷酸鐵錳鋰,富鋰都可以算摻雜改性,而不是新的材料體系。所以就體系而言,近年來正極方面也很難再有突破。發(fā)展目標肯定是高容量,高密度,高安全,高電壓。
負極方面,從早期一次電池的金屬鋰,到現在幾十年來一成未變的碳材料(軟碳,硬碳等),比正極材料還單一,改變更少。不過目前硅碳材料已經有商業(yè)化的應用,未來比重應該會有提升。而終極肯定是金屬鋰材料作為電極。發(fā)展方向同正極。
電解液,這個東西也是一樣,一成不變幾乎,改改添加劑。目前窗口還很難做到4.5V以上。不過凝膠及固態(tài)電解質的發(fā)展會為未來電池工藝提供新的思路,安全性帶來改善。發(fā)展方向主要是更寬電化學窗口及穩(wěn)定性,導電性。
隔膜方面,PP,PE單層,復合三層,目前又發(fā)展出來陶瓷隔膜,不過主要還是針對安全性,隨著固態(tài)電解質的應用會直接取代隔膜。目前發(fā)展方向是安全。
集流體方面,變化也很小,早期扣式電池有泡沫鎳,現在就是銅箔鋁箔,近年來發(fā)展起來了涂炭箔,隨著金屬電極的使用集流體可能會取消,也許隨著石墨烯技術的發(fā)展,直接以碳材料作為集流體也有可能,這就可能會改變電池整體結構及電極加工方式。
粘結劑方面,這個比較陌生,目前正極,負極,涂層(隔膜,集流體)等方面都會用到,水系油系都有市場,但就電池整體而言,粘結劑的存在只對電池加工有用,而對電池性能來說是惡化,這東西越少越好。未來可以考慮高導電粘結劑的發(fā)展,把粘結劑和導電劑整合。
導電劑,從sp、vgcf、cnt到石墨烯,目前來看也基本穩(wěn)定了。未來同粘結劑了。
就電池整體而言,很多單位都列出了鋰電池未來幾年的發(fā)展路線,未來五到十年,高壓正極+硅碳負極應該可以成熟。鋰金屬電極如鋰空,鋰硫也開始商業(yè)化。傳統(tǒng)正極材料加鋰金屬負極可以進一步提高電池能量密度(涉及電池結構改變,進一步發(fā)揮老材料的余熱)。個人認為短期內,如果從電池結構入手來較大幅度提高能量密度比從材料入手要容易的多。而就未來長期發(fā)展還是要靠材料來推動。(2)而三元材料(LiNixCoyMn1-x-y)和富鋰材料(Mn基和V基)具有較大的開發(fā)與技術研究空間和廣闊的應用前景。因此,鎳鈷錳三元材料、富鋰錳基釩基材料、性能優(yōu)異的復合正極材料、以及高效節(jié)能的聚陰離子團正極材料是未來鋰離子電池正極材料的主流;開發(fā)更加高效節(jié)能的新型正極材料來克服和取代現有的存在缺陷的正極材料也是研究的熱點。
(3)一系列的過渡金屬氟化物、氧化物、硫化物以及氮化物被證實可以實現多電子轉移,實現很高的容量。基于轉化反應機制而實現儲鋰功能的電極材料具有比基于鋰離子嵌入脫出機制的傳統(tǒng)鋰離子電池電極材料高出2~4倍以上的比容量。不過還存在很多問題需要解決,這類材料的研究相對比較少,機制上還有很多說不清楚的地方。
(4)看文獻中,還有人做過有機正極材料,主要是分為導電聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和羰基化合物等,(具體的我了解的不是很多,如果有了解的希望能夠補充)。
















