近年來各國政府對(duì)鋰電池的發(fā)展都提出了階段性的目標(biāo),要在滿足安全性和其他綜合技術(shù)指標(biāo)的前提下,不斷提高鋰電池的能量密度,其基本思路是不斷開發(fā)高比能電池材料的組合,并優(yōu)化電芯設(shè)計(jì)及制造工藝。本文從材料篩選和電芯設(shè)計(jì)兩方面出發(fā),介紹了高能量密度鋰電池的主要開發(fā)策略和未來發(fā)展趨勢。在活性材料方面,總結(jié)了高比能鋰電池正負(fù)極活性材料的研究現(xiàn)狀,綜合考慮了材料本身的性能和工程化、商業(yè)化前景,提出了富鋰錳基正極材料和復(fù)合金屬鋰負(fù)極材料是高能量密度電池最具發(fā)展前景的活性材料;在非活性材料方面,總結(jié)了電解液、固態(tài)電解質(zhì)、隔膜在不斷提高能量密度的電池體系中可能面臨的問題以及解決思路,提出了原位固態(tài)化技術(shù)是可行的技術(shù)路線之一;在電芯設(shè)計(jì)方面,評(píng)估了輔材選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電芯能量密度的影響,提出了高能量密度電芯設(shè)計(jì)的具體思路。最后,本文對(duì)高能量密度鋰電池的開發(fā)做了全面的展望,提出鋰電池的開發(fā)應(yīng)從高能量、高安全、長壽命、快充放、低成本、耐高低溫六個(gè)維度進(jìn)行綜合考慮,在保障其特定應(yīng)用場景的使用要求下,不斷提升能量密度是用戶的終極需求。

【文章頁數(shù)】：31 頁

【部分圖文】：

圖1鋰離子電池的技術(shù)發(fā)展：不斷優(yōu)化現(xiàn)有材料并尋找新材料組合（基于文獻(xiàn)原圖重新繪制）[2]

鋰離子電池能量密度的提升建立在不斷優(yōu)化現(xiàn)有材料并尋找新材料組合的基礎(chǔ)上，如圖1所示。材料的選擇決定了鋰離子電池能量密度的理論值。正負(fù)極材料是鋰離子電池的活性儲(chǔ)能材料，提升能量密度的本質(zhì)在于提升正負(fù)極的電勢差和材料的比容量。由于應(yīng)用的多樣性導(dǎo)致性能指標(biāo)要求的多樣性，鋰離子電池未來還....

圖2LiCoO2在充電過程中的結(jié)構(gòu)變化[2,4]

LCO是在消費(fèi)類電子產(chǎn)品應(yīng)用中占據(jù)主流的一款正極材料，理論容量為274mA·h/g。常用的層狀LCO為α-NaFeO2結(jié)構(gòu)，屬于六方晶系，晶格中O原子為立方密堆積排列占據(jù)6c位，Co和Li交替分布于O層兩側(cè)，分別占據(jù)氧八面體空隙的3b和3a位。商用LCO的電壓已經(jīng)由最初的4.2....

圖3電芯能量密度與NCM的關(guān)系（基于某款軟包電芯測算）

NCM和NCA正極材料的理論容量約為275mA·h/g，具有類似于LCO的α-NaFeO2結(jié)構(gòu)。NCM又稱為三元材料，根據(jù)其中Ni、Co、Mn元素的比例來劃分，三元材料已由最初的NCM111逐步換代成NCM424、NCM523、NCM622、NCM721、NCM811、NCM9....

圖6電芯能量密度與硅氧碳材料容量的關(guān)系（基于某款軟包電芯測算）

由于納米硅易于團(tuán)聚，嵌鋰后體積變化較大，且嵌鋰后局部電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)率變化大，硅表面不易產(chǎn)生穩(wěn)定的SEI膜，發(fā)展納米硅碳復(fù)合材料是推進(jìn)硅負(fù)極應(yīng)用的關(guān)鍵。復(fù)合材料中，硅或其化合物起儲(chǔ)鋰作用，是主要活性物質(zhì)；碳能增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性，防止納米硅團(tuán)聚和與電解液直接接觸，也可以儲(chǔ)存一定的鋰....

本文編號(hào)：3936801