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鋰離子電池落后了嗎?
來源:汽車網(wǎng)-中國汽車報(bào) 日期:2011-2-28 作者: 點(diǎn)擊:

前一陣子,有專家在貴報(bào)撰文稱,鋰離子電池現(xiàn)已是落后產(chǎn)品,德國等發(fā)達(dá)國家都在積極研發(fā)第二代鋰電池,即鋰聚合物電池。中國應(yīng)該積極開發(fā)鋰聚合物電池和技術(shù),它是比鋰離子電池更為先進(jìn)的產(chǎn)品,未來將取代鋰離子電池。

對于這位專家的觀點(diǎn),筆者不敢茍同。無論從國外經(jīng)驗(yàn)還是國內(nèi)研發(fā)、生產(chǎn)趨勢看,鋰離子電池都處于上升階段。而且,鋰聚合物電池和鋰離子電池各有優(yōu)劣,從目前看并不存在誰代替誰的說法。

鋰電池發(fā)明于上世紀(jì)70年代初的美國,發(fā)明者是美國化學(xué)家斯坦利·韋廷漢姆。鋰電池的特點(diǎn)是能夠利用鋰金屬結(jié)構(gòu)密集的元素,在電極上以鋰離子的形式儲(chǔ)存較多的電荷。鋰離子具有輸送電子的特征,能實(shí)現(xiàn)電荷的遷移。在適宜電解液工作的溫度工況之下,具有較高的化學(xué)電位,可以儲(chǔ)存一定的電能。放電時(shí)鋰離子在負(fù)極釋放掉電子,這些電子隨后形成電流流出。鋰電池是手機(jī)、筆記本電腦微型化、商業(yè)化的重要條件之一。以目前的技術(shù)水平看,它要為汽車電動(dòng)化作貢獻(xiàn)還需要人們再努力一把。短路、熱失效等都是發(fā)展中的鋰電池所要面臨的問題,F(xiàn)在,人們正運(yùn)用提純、摻雜、交叉、置換等方法來提升鋰電池的實(shí)用性,以期使它的容量越來越大。

鋰電池的概念較多,有的是學(xué)術(shù)名,有的是商品名,有的是習(xí)慣用名。鋰電池由正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜、單體電池外包裝殼體等幾部分組成。其基本要素構(gòu)成沒有變,但正負(fù)極之合成材料、制造工藝,電解質(zhì)構(gòu)成、包裝材料等方面的變化層出不窮、日新月異,正是由于其正負(fù)極、電解質(zhì)花樣繁多,才致使概念不清。

凡是用鋰金屬及合金制成電極的鋰電池,若以電荷儲(chǔ)存和遷移之特性而論,都是由鋰離子的運(yùn)動(dòng)而存放電,因此都可稱為鋰離子電池。這是鋰可用于二次可逆電池的基本原理,也是鋰電池電性能的物理特征。若以電解質(zhì)分類則分為液體、膠體離子型和固體聚合物、凝膠等若干種,含離子特征的電解液是鋰電池的化學(xué)特征,與鋰離子電池稱謂中的“離子”有混淆但不是一回事。鋰電池充放電形成電荷遷移輸送電子都得由鋰離子來運(yùn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)。而電解質(zhì)含與不含離子,與區(qū)分鋰離子電池品種稱謂無關(guān)。

第一代鋰電池用的是液體電解質(zhì)(簡稱LIB),這類鋰電池根據(jù)電解質(zhì)不同分為兩類:有機(jī)液體電解質(zhì)和膠體高分子電解質(zhì)。前者用金屬殼體包裝,后者既可用金屬殼體也可用軟膜包裝。用液體電解質(zhì)組裝的鋰電池在充放電循環(huán)中易生長鋰晶枝,刺破隔膜而滲漏電解液,引發(fā)正負(fù)極短路,安全性較差。所以,研發(fā)者以聚合物電解質(zhì)應(yīng)對之,是鋰電池發(fā)展的一個(gè)進(jìn)步。但是,這只是安全性的一部分,電池安全性涉及問題很多。

聚合物電解質(zhì)既導(dǎo)電又安全,且外形隨用途而隨意設(shè)計(jì),包裝較為方便。固體電解質(zhì)分為聚合物和凝膠兩類,而具體品種有數(shù)十種,且仍不斷有新品種產(chǎn)生。固體電解質(zhì)SPE是將電解質(zhì)溶鹽溶解在聚合物中而制成。一般聚合物如聚乙烯中沒有離子導(dǎo)電性,故正負(fù)電極短路是不會(huì)發(fā)生的。

液體電解質(zhì)鋰電池經(jīng)美國人發(fā)明、日本索尼公司開發(fā),已應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)工具等方面,現(xiàn)已開始用于混合動(dòng)力汽車上,屬鋰電池之第一代。液體電解質(zhì)的鋰電池工作溫度在-20℃~60℃之間,尚可適應(yīng)汽車的要求。固體電解質(zhì)鋰電池(即鋰聚合物電池)是正在開發(fā)的技術(shù),屬第二代。其實(shí)用性如何尚不得而知。這里需要說明一點(diǎn),第二代產(chǎn)品未必比第一代更先進(jìn),因?yàn)樵诠腆w電解質(zhì)鋰電池出來之后,液體電解質(zhì)鋰電池技術(shù)又有了很大突破。

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