锂离子电池是否落后了

2018-08-24      1547 次浏览

前一阵子,有专家在贵报撰文称,锂离子电池现已是落后产品,德国等发达国家都在积极研发第二代锂电池,即锂聚合物电池。中国应该积极开发锂聚合物电池和技术,它是比锂离子电池更为先进的产品,未来将取代锂离子电池。


对于这位专家的观点,笔者不敢苟同。无论从国外经验还是国内研发、生产趋势看,锂离子电池都处于上升阶段。而且,锂聚合物电池和锂离子电池各有优劣,从目前看并不存在谁代替谁的说法。


锂电池发明于上世纪70年代初的美国,发明者是美国化学家斯坦利·韦廷汉姆。锂电池的特点是能够利用锂金属结构密集的元素,在电极上以锂离子的形式储存较多的电荷。锂离子具有输送电子的特征,能实现电荷的迁移。在适宜电解液工作的温度工况之下,具有较高的化学电位,可以储存一定的电能。放电时锂离子在负极释放掉电子,这些电子随后形成电流流出。锂电池是手机、笔记本电脑微型化、商业化的重要条件之一。以目前的技术水平看,它要为汽车电动化作贡献还需要人们再努力一把。短路、热失效等都是发展中的锂电池所要面临的问题。现在,人们正运用提纯、掺杂、交叉、置换等方法来提升锂电池的实用性,以期使它的容量越来越大。


锂电池的概念较多,有的是学术名,有的是商品名,有的是习惯用名。锂电池由正负极、电解质、隔膜、单体电池外包装壳体等几部分组成。其基本要素构成没有变,但正负极之合成材料、制造工艺,电解质构成、包装材料等方面的变化层出不穷、日新月异,正是由于其正负极、电解质花样繁多,才致使概念不清。


凡是用锂金属及合金制成电极的锂电池,若以电荷储存和迁移之特性而论,都是由锂离子的运动而存放电,因此都可称为锂离子电池。这是锂可用于二次可逆电池的基本原理,也是锂电池电性能的物理特征。若以电解质分类则分为液体、胶体离子型和固体聚合物、凝胶等若干种,含离子特征的电解液是锂电池的化学特征,与锂离子电池称谓中的“离子”有混淆但不是一回事。锂电池充放电形成电荷迁移输送电子都得由锂离子来运动和实现。而电解质含与不含离子,与区分锂离子电池品种称谓无关。


第一代锂电池用的是液体电解质(简称LIB),这类锂电池根据电解质不同分为两类:有机液体电解质和胶体高分子电解质。前者用金属壳体包装,后者既可用金属壳体也可用软膜包装。用液体电解质组装的锂电池在充放电循环中易生长锂晶枝,刺破隔膜而渗漏电解液,引发正负极短路,安全性较差。所以,研发者以聚合物电解质应对之,是锂电池发展的一个进步。但是,这只是安全性的一部分,电池安全性涉及问题很多。


聚合物电解质既导电又安全,且外形随用途而随意设计,包装较为方便。固体电解质分为聚合物和凝胶两类,而具体品种有数十种,且仍不断有新品种产生。固体电解质SPE是将电解质溶盐溶解在聚合物中而制成。一般聚合物如聚乙烯中没有离子导电性,故正负电极短路是不会发生的。


液体电解质锂电池经美国人发明、日本索尼公司开发,已应用于手机、笔记本电脑和电动工具等方面,现已开始用于混合动力汽车上,属锂电池之第一代。液体电解质的锂电池工作温度在-20℃~60℃之间,尚可适应汽车的要求。固体电解质锂电池(即锂聚合物电池)是正在开发的技术,属第二代。其实用性如何尚不得而知。这里需要说明一点,第二代产品未必比第一代更先进,因为在固体电解质锂电池出来之后,液体电解质锂电池技术又有了很大突破。

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