几种新型锂电池

几种新型锂电池

锂电池包括一次锂电池和二次锂电池，顾名思义，后者可循环使用而前者是一次性的。一次锂电池技术较为成熟，但只在一些特定用途上应用。二次锂电池包括锂离子电池、钒锂电池、锂硫电池、锂空气电池等多种。学术范畴上讲的锂电池仅指一次锂电池，而大家所俗称的锂电池实际上是指锂离子电池。

当前盛行的锂离子电池最主要特点是正极材料采用含锂的氧化物，如钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂（即俗称的三元材料）、磷酸铁锂（学名为磷酸亚铁锂）等。钒锂电池、锂硫电池和锂空气电池的共同特点是负极采用锂金属，但正极材料却各不相同，其中钒锂电池的正极材料采用钒氧化物，锂硫电池的正极材料是单质硫与一定量的导电材料的混合物，而锂空气电池则是以空气中的氧气作为正极反应物。在后3种二次锂电池中，钒锂电池已经实现产业化，锂硫电池也即将实现产业化，而锂空气电池还处在研发阶段，离产业化距离较远。

目前，中国关于要大力发展锂硫电池的呼声很高，这主要是受美国、日本和德国等国政府的影响。锂硫电池技术开发一直走在全球最前列的美国，美国能源部于2010年投入500万美元资助锂硫电池的研究，并持续加大投入力度，计划2013年开发出能量密度达到500Wh/kg的锂硫电池产品。日本政府为了继续保持在锂电池领域的领先地位，也把锂硫电池作为本国车用动力电池技术的主要研究方

向之一，计划到2020年开发出能量密度达到500Wh/kg的锂硫电池产品。德国在锂离子电池领域看不到追赶东亚三国的希望，于是举全国之力开发锂硫电池，希望能在2020年前后推出商业化的

500Wh/kg产品，而德国研究界定下的锂硫电池能量密度目标则更高，达到1000Wh/kg。

尽管锂硫电池是下一代二次锂电池发展的一个重要方向，值得密切关注，但中国政府和企业在二次锂电池产业化技术发展方面，未来几年之内还是应该把重心放在锂离子电池身上。因为在二次锂电池市场，可以肯定的是，锂离子电池将在今后较长时期内都会占据绝对垄断地位。具体原因如下：

第一，技术已经很成熟的锂离子电池还有很大的技术进步空间。锂硫电池之所以被看好，主要是因为它拥有很高的理论能量密度：单质硫比容量高达1675mAh/g，质量比能量更是高达2600Wh/kg。但锂硫电池在技术开发方面存在很大的难度，这从德日两国政府制定的2020年500Wh/kg的目标就可见一斑。而技术已经很成熟的锂离子电池技术，还有很大的技术进步空间。曾经人们认为锂离子电池的理论能量密度为250Wh/kg，但随着富锂锰基材料（美日又称固溶体类正极材料）和固态电解质材料等新的材料技术的成功开发，人们发现，锂离子电池的能量密度也可以达到500Wh/kg甚至

700Wh/kg，远远突破了当时认为的理论极限。而且，从现在的技术

进展来看，500Wh/kg的锂离子电池产品可望会比同等能量密度的锂硫电池产品更早实现大规模商业化应用。

第二，在发展锂离子电池方面，相关企业的重视程度和投入也要比锂硫电池大得多。锂硫电池是个新产品，它有没有发展前途，有多大的发展前途，目前阶段其实是看不清楚的。这也是为什么很多重量级企业仅仅是关注或支持锂硫电池技术的开发而不把它作为主要方向的重要原因。

美国、日本和德国政府非常重视锂硫电池的发展，认为锂硫电池很适合电动汽车，但到目前为止，这些国家的主要车企如通用汽车公司（简称“通用汽车”，GM）、福特汽车公司（简称“福特”，Ford）、丰田汽车公司（简称“丰田”，Toyota）、日产汽车公司（简称“日产”，Nissan）、大众集团（VW）、戴姆勒—奔驰汽车公司（Mercedes-Benz）、宝马汽车公司BMW）等却并未传出要重点开发锂硫电池产品的消息，相反，他们在以实际行动重点开发锂离子电池技术。丰田已经开发出可以量产的全固态锂离子电池技术，通用汽车把重心放在了全固态锂离子电池和使用富锂锰基材料的锂离子电池技术的开发上，在发展纯电动汽车（EV）方面态度最为积极的日产也在重点开发使用富锂锰基材料的锂离子电池技术。

全球知名的锂电池企业如松下电器产业株式会社（简称“松下”，

Panasonic）、索尼株式会社（Sony）、LG化学（LGChem.）公司、三星SDI（SamsungSDI）公司等也大致持有相同的态度，它们虽然基本上都在开发锂硫电池技术，但重心都在锂离子电池身上，这从2个方面足以证明：一是这些企业近几年都在持续投入巨资扩充锂离子电池产能，二是这些企业只是不断发布新的锂离子电池技术，但却几乎没有锂硫电池的研发成果发布，更不用说锂硫电池的产业化规划。

第三，锂离子电池产业配套体系建设比锂硫电池要发达和完善得多。自1991年索尼发布全球第一只商业化锂离子电池以来，经历20余年的发展，锂离子电池产业已经形成了非常发达和完善的产业配套体系，一大批颇具实力的企业参与其中，做着各种不同的工作。真锂研究的不完全统计表明，参与锂离子电池产业链（包括下游应用在内）的世界500强企业就有超过100家之多。而在锂硫电池方面，虽然美国PolyPlus早在1999年10月便对外宣布开发出较为成熟的新型锂硫电池产品，但到现在为止，也仅有美国Polyplus、SionPower、Moltech，英国的Oxis及韩国三星集团等少数几家企业介入到了锂硫电池产业中，其中只有三星集团是大企业。两相对比不难发现，对企业而言，开发500Wh/kg的锂离子电池产品比开发同等能量密度的锂硫电池产品，成功的希望要大得多，也要简单得多。

真锂研究认为，对于中国政府而言，在锂电技术的开发方面，虽然政府应该具备超前的眼光而重视锂硫电池技术的发展，但未来3～

5年之内还是应把重心放在新型锂离子电池技术的开发上。原因不只是上述3点，更重要的是这样做可以与中国企业的技术开发工作相衔接，使政府工作不至于脱离产业发展的实际。日本人普遍认为中国企业一般不会去参与那些3年之内无法获利的锂电池技术开发工作，而事实上也确是如此。

锂电池存在的问题和解决对策

目前，我国锂离子电池的能量密度和功率密度等关键指标明显提升，但在关键材料以及制造技术等方面与以日本、美国为代表的国际先进水平仍存在较大差距。针对该领域中的关键科学和技术问题开展研究，将为我国能源领域的发展提供关键材料、技术和知识，使我国在国际竞争中处于有利位置，对我国的能源安全、环境保护和人民生活水平的提高具有不可估量的意义。

基于先进储能材料的研究，开发具有高能量和高功率密度、安全可靠、长寿命、环境友好的储能器件及其复合系统，促进其实用化，可为新型动力电池的发展、可再生能源的合理配置以及电力的调节提供有效的新方法，将满足我国在电动车、混合动力汽车、大中型电动工具、电子通讯航空航天、和国防等领域的动力电源重大需求，并为其大规模、高效合理的应用开辟新的途径。这对我国工业产业升级和资源合理配置体系的建立具有重要的现实意义。

另外，国内在航空航天领域的大容量锂离子电池的研发，尚处于起步阶段，其循环寿命、倍率充放电性能和安全性仍需进一步提升。同时，要满足空间实际应用要求，还需在使用和设计中必须着重考虑空间环境因素对电源系统的影响，提高单体电池性能的均匀性，使得电源在复杂的空间环境下可靠地工作。