霍克锂电池最新研究进展

摘要：现在我国经济开展非常快速，各行各业都在快速的开展。锂离子电池被广泛的使用于手机、电脑、智能穿戴、工具电池、模型、无人机等电子设备上，一同在轿车、储能范畴近年也得到更深的开发，展现出宽广的使用前景及经济效益。锂离子电池首要正极、负极、电解液及隔膜组成。正极资料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及镍钴锰酸锂，负极首要石墨，电解液分为液态电解质和固态电解质。更短的充电时刻，更长的续航时刻，更长的使用寿命，更高的安全性等成为现在锂离子电池开展的首要方向。

要害词：锂电池；正、负电极资料；电解质；电池均衡；

导言

动力、信息与环保是21世纪人类面对的重要课题。面对石油等不行再生动力的日渐干涸，清洁动力和可再生动力的研发与利用现已引起各国的广泛重视。锂电池早在20世纪90年代就开始使用，跟着对其研讨的不断深入，世界各国都普遍认为锂电池将成为21世纪的首要候选动力动力之一。

11正负极资料及电解质的开展

1.1正极资料

锂电池的开展史也便是资料的开展史[2]。时至今日，用于锂离子电池的正极资料使用由早期的是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及镍钴锰酸锂，其已广泛使用在3C消费电子产品及xEV等大型动力电池中。

钴酸锂具有能量密度高的特色，可是金属钴的价格相对比较昂贵，且热安稳性相对较差，首要使用在手机等消费电子范畴；磷酸铁锂、锰酸锂具有安全性好、循环较长、原资料成本较低的长处，可是其能量密度较低，使其当时使用范畴遭到必定约束，现在首要会集在电动大巴，后续储能范畴也是首要的开展范畴；镍钴锰酸锂近年得到长足的开展，根据金属金属的比例不同又划分为333、532、622、811等系统，相对其他现有老练的正极资料，其具有能量密度高，安全功能及循环功能相对比较均衡，现在已成为电动乘用车首选资料。Tesla、北汽新动力、吉利轿车等国内外轿车制作商均选用镍钴锰酸锂系统。现在普遍推出的电池，能量密度到达200Wh/kg，续航路程打破400Km。

1.2负极资料

现在对负极资料的研讨相对较少，负极资料应挑选低电位的嵌锂化合物。除石墨资料外，其他的各类资料如硅碳、软碳、硬碳等还纷繁得到研讨，尤其硅碳已在部分电池系统中得到实践使用

1.3电解质

电解质作为锂离子电池的要害资料之一影响甚至决议着电池的比能量、寿命、安全功能、充放电功能和高低温功能等多种微观电化学性质。现在的电解质现已从以前的液态电解开展到固态电解质，也便是聚合物电解质。以聚合物电解质取代液态电解质，是锂离子电池开展的一个重大前进，其显著特色便是提高了电池的安全功能，易于加工成膜，可做满足塑结构，然后可制作超薄和各种形状的电池；能够很好地习惯电池冲放电过程中电极的体积变化，一同又有较好的化学和电化学安稳功能。因而在新式高能锂电池及电化学的使用上显示出很大的优越性。根据电解质锂电池可分为液态锂离子电池和聚合物锂电池。聚合物锂电池代表了锂电池的开展的最高技能。聚合物锂离子电池和液态锂离子电池的区别就在于电解质的存在形式，聚合物锂离子电池的电解质为凝胶型或纯固态聚合物。与传统的锂离子电池比较，聚合物锂电池塑性灵活、安全性好、循环寿命更长、体积利用率比液体锂离子电池高10%～20%，且易于大规模工业化出产。丰田、日产等日系车企正在大力研发聚合物锂电池，用以匹配普锐斯和LEAF等新动力轿车。锂离子聚合物的胶状或固态的电解质是聚合物锂电池安全功能好于液态锂离子电池首要原因。为改进锂电池的安全性，国外研讨也取得了最新的打破。英国利兹大学研讨人员开宣布一种功能与传统适当，却减小了起火等安全隐患且更为廉价的新式锂电池。利兹大学研讨人员设法将液体电解质和聚合物薄膜融合到一同，制作出一种相似果冻的胶状物，电池的正负极连在这种胶状物上。此种锂电池有望广泛用于笔记本电脑、手机等电子产品。由于锂聚合物电池在安全性、可塑性方面远好于液态锂离子电池，由此能够设想锂聚合物电池是锂电池未来开展的主攻方向。

2充电办法及快充的开展

2.1锂电池恒流恒压（CC-CV）充电形式

锂电池最为简单且相对节约的充电办法是恒压充电，可是这种充电办法需求充电的时刻很长。充电时刻长的原因在于在稳定电压充电下，电池的充电电流降低得很快，所以其充电速率就会变低。现在，锂电池广泛选用的充电办法为恒流恒压充电办法，锂电池的恒流恒压（CC-CV）办法又分为三个阶段：预充电、恒流充电和恒压充电。在CC-CV充电形式下，充电器先给电池供给小充电电流；当电池的电压到达预定值时，再使用大电流对电池进行快速充电；当电池的端电压到达上限电压4.2V时，改为恒压充电，直至电池充溢。CSMC公司研发开发的0.6μm的CMOS工艺流片便是根据CC-CV的充电形式。充电器先对电池进行大电流充电，在电池电压还没有到达设定值之前时，充电电流便开始减小；当电池电压到达设定值并保持稳定之后，充电电流就会进一步减小。这种充电办法的长处在于能够防止在电池电压在设定值附近仍对电池进行大电流充电的损害，然后防止电池因大电流充电而出现过热现象的发生。根据恒流恒压充电机理而研发的充电集成电路还有TI公司bq246xx系列，能对多达7节的电池组进行充电；ST公司的TMS1015相同根据CC-CV充电形式。

2.2其他快速充电法

围绕最佳充电曲线还设计了很多其他快速充电办法，如：脉冲式充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇式充电法[4]、变电压间歇充电法[4]、变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法。

2.3快速充电将成为现实

现在，锂电池快速充电问题，也是各国竞相研讨的重要方向。日本关西大学的工程师和研讨人员利用氧化钨和氧化钒创造了新的电容电极，而不是一般的碳资料。新的电容电极能够容纳更多的能量，并且在不削减容量和电压的情况下能够显著地削减充电时刻，估计该技能老练后10min即可将一颗电动的充溢。日本东芝公司近来推出商业化的锂离子充电电池“SCiB（SuperChargeionBattery）”，它能够在5min内充溢90%，并且保持长寿命循环功能。国内比亚迪公司使用先进的充电技能能使续驶路程长达300km，最高时速达140km的E6先行者在专用的充电站15min即可充溢80%的容量。别的，美国西北大学教授HaroldKung及其团队利用在石墨层上打了数百万计、直径在10～20nm的小孔使得锂离子可快速通过石墨层的办法，可使锂电池从0到充溢电仅需15min。因而，能够预见跟着对锂电池的深入研讨以分钟为量级的快速充电将很快到来，为锂电池的使用遍及奠定了坚实的基础。

结语

锂电池的技能标准系统，梳理了锂电池在资料与部件、设计与制程、试验办法及产品标准等方面的相关标准，并对包括电化学功能测验、安全功能测验、容量测验在内的锂电池测验技能进行了剖析。我国正在加快制订锂电池技能标准，以求使锂电池的使用更科学、更安全，也更高效。