鋰電池已被美國高級(jí)電池委員會(huì)（USABC）確定為一項(xiàng)需要長期研究的技術(shù)。不同的應(yīng)用場(chǎng)景使用不同的鋰電池。在一些應(yīng)用中，鋰聚合物電池已經(jīng)取代了鋰離子電池。雖然它們的比能量略低，但它們更安全。當(dāng)然，在一項(xiàng)新的鋰電池技術(shù)投入商用之前，過充、過放、短路等引起的安全問題（起火）是鋰電池需要時(shí)刻關(guān)注的重要因素。
在鋰電池中，金屬鋰電池在技術(shù)上與鋰離子電池有很大的不同。鋰金屬電池的負(fù)極由金屬鋰組成，這種材料容易出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題；由于在負(fù)極和正極中添加了嵌入化合物（通常是石墨），鋰離子電池使鋰保持離子狀態(tài)。
在鋰電池的放電階段，金屬鋰電池的正極（即由金屬鋰組成的負(fù)極）發(fā)生氧化反應(yīng)。鋰離子通過電解液流向陰極（正極），在陰極與特定材料（主要是氫材料，見圖8-5）混合（反應(yīng)）而被還原，從而通過釋放電子向外電路提供電能。在充電階段，鋰離子發(fā)生逆反應(yīng)并由外部電路提供電子。
鋰離子電池在負(fù)極材料上的反應(yīng)不同于上面提到的金屬鋰電池，鋰材料被碳（石墨）取代，可以讓鋰自由進(jìn)入。這種結(jié)構(gòu)的鋰電池的主要優(yōu)點(diǎn)是鋰和電解液不直接接觸，因此可以提高體系的化學(xué)性能。與純鋰電極相比，這種鋰電池的電極電位稍大，電極質(zhì)量更重。因此，該類鋰電池的能量密度由純鋰電極的3828A·h/kg降低到LiC6復(fù)合電極的340A·h/kg。
鋰離子電池使用兩種材料，使鋰離子可以發(fā)生可逆反應(yīng)。負(fù)極采用嵌有鋰原子（LiC6）的石墨膜，正極可采用外包鋰氧化物材料（如LiCoO2）。液體電解質(zhì)通常是含有六氟磷酸鋰（LiPF6）的碳酸鹽溶液。鋰離子電池的單體電壓約為 4V，而典型的單體電池工作電壓為 3.7V。
鋰電池的電解液只能是純離子導(dǎo)體，因此具有良好的電絕緣性能。大多數(shù)情況下，這種鋰電池的電解液是液態(tài)的（如LiAsF6、LiPF6、LiCIO4等，溶于有機(jī)溶劑或混合溶劑如碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、二甲氧基乙烷等）。電解質(zhì)也可以是固體，例如基于聚環(huán)氧乙烷的有機(jī)化合物或基于無定形硼酸鋰的無機(jī)化合物。聚合物電解質(zhì)屬于固體電解質(zhì)家族，是聚合物（例如聚乙二醇 PEO）和鋰鹽（例如 LiCIO4）的復(fù)合物。對(duì)于膠體聚合物，將鋰鹽溶解在碳酸亞乙酯等有機(jī)溶劑中，然后在聚丙烯腈 (PAN) 或 PVdF-HFP 共聚物中固化。
2.磷酸鐵鋰電池：能量密度非常高的鋰電池
磷酸鐵鋰電池是鋰離子電池的一種。正極由活性物質(zhì)LiFePO4構(gòu)成，負(fù)極為石墨。磷酸鐵鋰電池的單體電壓略低（3.2V），但安全性更好，成本更低，循環(huán)穩(wěn)定性更好。
這種鋰電池的負(fù)極是金屬鋰，正極是氧化釩，電解液是基于POE（聚環(huán)氧乙烷）和鋰鹽的聚合物。這種鋰電池的電解液在60~80℃時(shí)性能最佳。這種鋰電池采用擠壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)，由法國BATSCAP公司和加拿大AVESTOR公司共同開發(fā)。雖然目前價(jià)格更高，但這種新的鋰離子電池技術(shù)在未來將大有可為，最終將比傳統(tǒng)鋰離子技術(shù)的制造成本更低。
鋰聚合物電池是由 Michel Armand 教授發(fā)明和設(shè)計(jì)的。它在技術(shù)上完全可行，成本為100~150美元/kW·h，并且可以在60~150°C的溫度下良好運(yùn)行，沒有安全隱患。有一些研究致力于使電池在稍低的溫度下運(yùn)行，但這種鋰電池?zé)o法在-20°C 下工作。然而，在合適的溫度條件下，它需要很少的能量供應(yīng)。這種鋰電池一周的自放電率為10%~20%。以Batscap開發(fā)的鋰金屬聚合物電池為例。這種鋰電池的能量密度可達(dá)110W·h/kg（110W·h/L），工作溫度為90℃（內(nèi)部溫度）。).
鋰離子電池技術(shù)如果能夠消除高溫操作環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)，將非常有吸引力。例如，鋰碳電池在低溫下工作良好，但由于使用有機(jī)電解質(zhì)，當(dāng)溫度超過 60°C 時(shí)系統(tǒng)會(huì)升溫。這種鋰電池在容量小的時(shí)候是沒有危險(xiǎn)的，但是容量不能超過一定的水平。部分鋰電池的技術(shù)特性、成本及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下圖所示。
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日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-04-19 21:51:47 整理發(fā)布。
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