锂离子电池优点众多,使其在当今世界扮演者越来越重要的角色。尤其是表现在大容量储能和电动电池上。由此可见,随着经济社会的进步和可用资源的减少,锂离子电池在未来的社会和发展中,将会更加重要和必不可少[4-6]。
1.2 锂离子电池简介
传统蓄电池和原始锂离子电池都是采用有机电解液作为电解质材料。有机电解液作为电解质材料用于电池系统,安全性能存在很大的问题,所以迫切要求寻找一种新的电解质材料用于电池系统。锂离子电池是一种充电电池,一般采用含有锂元素的固体材料作为电极的电池[7]。石墨作为负极材料,正极材料为钴酸锂(或磷酸铁锂、尖晶石型锰酸锂)。它主要靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充电过程中,锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,锂离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。由于锂离子在电极中嵌入与脱嵌,所以不会在电极表面产生结晶状物质,也即是枝晶。解决了原锂锂电池中的安全问题,在市场上广泛推广[8-10]。
在目前的国际市场上,相对于其他电池来说,锂电池的销售额是越来越高,说明锂离子电池在市场所占的比重越来越重。锂离子电池由于可被压缩成各种尺寸大小的电池,所以其型号种类齐全,携带方便,安全性能高,这些都是其它电池所无法匹敌的。同样锂电池还有许多缺点。如成本高、工作电压低等。所以未来的市场上,锂电池还需减少其成本,提高其工作电压。当然稳定性方面是毋容置疑需要加强的。
目前汽车主要燃料是汽油,汽油在燃烧过程中会产生大量的温室气体,将会导致全球气候变化。电动驱动的汽车在行驶过程中是不会产生有害气体的。所以在国际市场上,发展这种技术能够具有很好的优势。电动驱动的新能量行业,动力系统是核心问题,它的能量密度和安全性能方面,严重影响了电动新能量行业的发展[11-12]。表1.1列举的是电动汽车方面,不同电池系统,其价格和性能方面的比较,当然还会考虑到环保问题。
表1.1 铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池种类性能比较
电池种类 价格 对环境有无危害 性能
铅酸电池 较低 有 能量密度低,循环性能差
镍氢电池 较低 有 能量密度低,循环性能差
锂离子电池 较高 无 能量密度高,循环性能高
通过表1.1的比较所知,可以得出结论:在目前的市场上,锂电池由于具有能量密度高,循环性能高等优点,而逐步超越了其它电池在市场上的使用情况,所以备受世人的关注。除此之外,锂电池对环境无污染,属于环境友好型能源,所以得到政府部门的大力支持。使其在未来的动力电池方面占据着举足轻重的地位。
Koichi Hamamoto等在研究快速全固态锂离子电池的锂离子导电陶瓷中,作者介绍了锂离子可再充电电池已经被用来作为大型电源,如电动车辆,因为它们具有能量密度高的特点[13]。同时也提出了锂离子可再充电电池存在着一定的安全隐患,是因为它们采用了有机液体电解液。因此,提高它们的安全性和稳定性尤为重要。全固态锂离子可再充电电池是下一代电池中最有前途的一个,是非常安全的,是因为它采用了固体电解质代替了有机液体电解质。