锂电池的缺陷在未来有什么突破

1958年，哈里斯(Harris)考虑到锂会与水以及空气发生反应，提出了采用有机电解质作为金属锂电池的电解质。这一构想一直左右了锂离子电池的发展。但是液态电解液存在一定的安全隐患，因此诸多科研机构和企业决定另辟蹊径去开发固态电解质技术。全固态电池将原先的液态有机电解池换成一种全新的固态电解质。固态电解质不仅能够保证原有的储电性能，还能防止枝晶问题的产生，而且更安全，更廉价。

锂金属电池则是近几年科学研究的另一个焦点。这是因为，锂嵌合物虽然解决了树枝状结晶等安全问题，但是由于嵌合物不具有得失电子的功能，因此电池容量大大降低。比如电池的金属锂负极的比容量是石墨锂化合物C6Li负极的11倍以上！如果锂金属充电电池能够研发成功，我们的电子设备会更加轻盈，电动汽车则会跑得更远！

目前，锂电池仍然存在着一些安全问题，比如部分手机厂商于对隔膜材料质量控制不严或者工艺缺陷，导致隔膜局部变薄，不能有效隔离正极与负极，从而造成了电池的安全问题。其次锂电池在充电过程中很容易发生短路情况。虽然，现在大多数锂离子电池都带有防短路的保护电路，还有防爆线，但很多情况下，这个保护电路在各种情况下不一定会起作用，防爆线能起的作用也很有限。因此，提高锂电池的安全性也是研究焦点。

石墨价格低廉，结构稳定，是十分理想的负极材料，那么正极应该采用什么材料呢。1970年，M.S.Whittingham发现锂离子可以在层状材料TiS2可逆的嵌入析出，适合做锂电池正极。1980年，美国物理学教授JohnGoodenough找到了新物质的LiCoO2。这种物质也具有类似石墨的层状结构。1982年，Goodenough就发现了具有三维空隙的LiMn2O4，这种结构能够提供三维通道给锂离子移动。1996年Goodenough又发现具有橄榄树结构的LiFePO?，这个物质具有更高的安全性，尤其耐高温，耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。

日本索尼公司将钴酸锂(正极材料)和石墨(负极材料)结合，使用含有锂盐(如六氟磷酸锂)的有机溶剂作为电解液，在1990年开发出了全新的可充电锂电池，1992年，该种电池实现商业化。这样的电池，工作电压可达到3.7伏以上，索尼公司在并将该技术重新命名为“Li-ion”。这个标识可以在很多手机电池或者笔记本电池上找到。高性能，低成本，安全性好，这种锂离子电池一经问世立刻受到了欢迎，帮助索尼一跃成为行业老大。由于锂离子电池中不含有重金属铬，与镍铬电池相比，大大减少了对环境的污染。

一般的电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。锂离子电池下一个重要更新是以高分子材料主要是取代电解质溶液。1973年，Wright等人发现某些聚合物能够较快的传导锂离子。1975年Feullade和Perche又发现PEO，PAN，PVDF等聚合物的碱金属盐配合物具有离子导电性。1978年，法国的Armadnd博士预言这类材料可以用作储能电池的电解质，提出电池用固体电解质的设想。1995年，日本索尼公司发明了聚合物锂电池，电解质是凝胶的聚合物。1999年，聚合物锂离子电池实现商品化。