锂电展望，新一代锂离子电池

为了应对能源危机和环境危机，同时也是为了保障国家能源安全和促进产业升级，我国政府制定了一系列政策来促进新能源系统的建设与发展。作为新能源系统中关键的应用端之一，新能源汽车动力电池一直被广泛关注和研究，并已取得了卓著的产业化和技术成果。然而，当前锂离子动力电池能量密度较低、安全性较差、倍率性能较差、寿命短等缺点严重制约了新能源汽车的驾驶体验，难以满足广大消费者的需求，使得新能源汽车产业的发展仍然任重道远。因此，开发新一代动力电池成为国家和社会的迫切需求。

新一代高能量密度电池的策略主要有：开发满足实际应用条件的高镍三元材料、富锂氧化物固溶体材料等作为正极材料，硅碳材料等作为负极材料，以及固体电解质材料替代传统的电解液。

1高镍三元材料

研究表明，三元材料中镍含量的增加可以有效提高动力电池能量密度且可降低电池成本。高镍三元材料NCM811的能量密度达到280W·h/kg以上。然而，高镍三元材料稳定性差且对生产工艺要求苛刻，制约了其推广应用。现有的针对性解决方案主要是通过表面包覆、表面修饰、元素掺杂等方式提高材料的稳定性。最近，唐仲丰［1］发现通过NH4H2PO4预先包覆三元前驱体再混锂烧结的制备工艺，可以有效去除材料表面的残锂，而且烧结过程产生的Li3PO4包覆层能大幅提升高镍三元材料的倍率性能和高温循环性能。不过，高镍三元材料的推广应用仍需更多的研究去解决材料的稳定性难题。

2富锂氧化物固溶体材料

采用富锂氧化物固溶体材料作为正极材料的锂离子电池，具有能量密度高、热稳定性好、对环境友好等特点，被认为是下一代锂离子电极正极材料的最佳选择之一。但是，其循环性能和倍率充、放电性能差等问题尚待解决。黄继春［2］通过喷雾干燥法制备了氧化锆包覆改性的层状富锂氧化物正极材料，试验表明：包覆量质量分数为1.5%时，材料的能量密度和循环性能得到有效提升；而且通过柠檬酸进行改性处理后的层状富锂氧化物正极材料的首圈放电比容量提高了250%以上。然而，其制备的正极材料的循环性能依然无法满足实际应用的要求。

3硅碳材料

目前应用最广泛的锂离子负极材料依然是石墨材料。多孔结构的硅碳复合材料，由于充分发挥了硅作为负极材料的高比容量(理论可达3579mA·h/g)、低脱锂电位的优势，同时克服了硅材料充、放电过程中体积效应严重、电子导电率低和电解液兼容性差等缺点，成为了最具应用潜力的下一代高性能锂离子电池负极材料。虽然这类突出的研究成果近几年来一直屡见不鲜，但是由于制备方法过于繁琐复杂，只适用于实验室里的微量制备，而批量制备的材料性能差、成本高。

4固体电解质材料

当前俗称的全固态锂离子电池是指使用固体电解质替代传统电解液的锂离子电池，具有寿命长、安全性高等优势。最近，HALLOPEAU等［4］采用微波反应烧结法合成了无机固体电解质材料Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3，室温下的离子电导率高达3.15×10614S/cm，这是至今为止被报道的最高离子电导率；然而其相对密度仅有88%，电化学稳定性差。而LI等［5］则是通过引入氟化锂改性，有效地提高了无机固体电解质的稳定性，且降低了电解质的界面电阻。与此同时，聚合物固态电解质、有机无机复合固态电解质等都被广泛研究。然而，固体电解质一直难以在实际中应用，因为大量的研究结果发现：几乎所有的固体电解质都难以兼得高离子电导率和宽电化学稳定窗口。