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锂电池最终发展方向是什么

当前市场上的锂电池：聚合物锂电池由高分子材料和金属

材料合成，具备小型化、轻量化、厚度超薄，高容量的特点，

在智能穿戴设备应用上非常受欢迎，但是锂电池最终发展的

形态方向是什么呢？

固态聚合物锂离子电池

优点：漏液的可能性比较小，外包装可以用laminate软

包材质，有利于实现电池的薄膜化，电池的形状设计方面自

由度大，能量密度也大大提高。

缺点：由于使用凝胶状电解液，锂离子传导性能比较差，

需要较长时间的充电，倍率性上比液体电解液也要差一些。

但目前技术，经过聚合过程的改善，高端电解液和添加剂使

得循环寿命和放电的倍率性提高的很快，跟液体电池没有太

多差异。

聚合物锂电池之后的技术发展会向全固体电池、固体电解

质材料与添加剂发展。目前聚合物电池性能上还没达到固体

电池的水平，固体电池能量密度未来的目标：400Wh/kg，3000

次循环寿命（10年），倍率性能、容量与安全性有大幅度提

高。

新电池材料探索在于不容易挥发，阻燃性的下一代电解质

材料及添加剂离子电解液提高电化学性、热稳定性，添加剂

使得电池散热性能及导电性能不受固体影响，达到或超过液

体电解质的导电导热水平。

为了向固体锂离子电池进军，目前业内正在开发采用离子

传导性聚合物和陶瓷的固体高分子电解质。

但是，固体高分子电解质材料采用目前离子传导率最高的

聚乙烯类（Polyethyleneoxide聚环氧乙烷）聚合物的话，

阴离子的离子传导会阻碍锂离子的移动，所以导致影响输出

功率的实效性，锂离子传导率的数值较低。

日本科学家开发成功的固体高分子电解质是一种聚乙二

醇（PolyethyleneglycoD酸脂化合物，形成了以不阻碍聚

乙烯类聚合物运动的硼酸脂化合物的形式导入具有固定阴

离子功能的硼原子的构造。与此前一直研究的碳酸类聚合物

相比，可在室温（20℃）条件下达到3倍以上的实效性锂离

子传导率。

采用固态电解质的大容量新一代锂电池，即所谓“全固态

电池”近来开始受到瞩目。这是由于其在能量密度提高的同

时，还可望确保安全性和实现长寿命。对电动车和定制式用

大型锂离子充电电池而言，保证安全是最重要的。

采用有机电解液的传统锂离子充电电池，因有过度充电、

内部短路等异常时可能导致电解液发热，有自燃或甚至爆炸

的危险。而将有机电解液代之以固态电解质的全固态电池，

其安全性可大幅提高。并且，因在理想状态下，固态时锂的

扩散速度（离子传导率）较液体电解液时高，理论上认为其

可实现更高的输出。

并且，固态电池包括其制造方式在内，可能会实现突破现

有电池概念的特性。例如，因不必封入液体，则电池外装可

以简化，从而能以卷对卷（roll-to-roll）方式制造大面积

单元。进一步，还可将数层电极层积，并在单元内串联，制

作12V或24V的大电压单元等，使此前不可能的电池得以实

现。

电动车和定制式蓄电用大型电池和超大型锂电池，而非迄

今为止的主流——便携设备用的小型电池的需求激增，因此

要求电池特性的改变，使得研发方向发生重大改变。特别是

对电池的安全性与使用寿命，有比现有的锂离子充电电池更

加严格的要求。其中，安全性自不待言，固态电池有明显优

势；而在延长使用寿命方面，“固态电池的周期寿命特性原

本就优异”。

耐高电压：除了比目前的锂离子充电电池更安全与使用寿

命更长，提高能量密度也是固态电池的一个开发主题。使固

态电池具有可增加能量密度特征的理由之一是固体电解质

电位窗（potentialwindow*）的宽广度。而现有传统的有

机电解液，当电池电压接近4V时电解液就开始分解，因此

很难提高电池的电压上限。

电位窗（Potentialwindow）：由溶剂和盐组成的电解液

不出现氧化还原反应的电压范围。取决于溶剂、盐与电极材

料。

目前，为提高容量，锂离子充电电池的负极正准备变更为

电流容能高的硅等材料。与负极相应的高容量正极材料虽同

样重要，但尚未发现有望支持更高电流容量的正极材料。因

此，在正极材料方面，将利用电流容量不变，而以高电压来

增加能量密度的所谓·“5V”正极材料作为了目标。

但即使采用5V电压型正极材料，传统的有机电解液还是

会分解，电池的电压还是不能提高。而使用具有更宽广电位

窗的固态电解质，便可令5V正极成为可行的解答。

因固态电解质是固体，当电极材料