1.1　鋰離子電池

1.1.1　鋰離子電池的發(fā)展歷史

鋰元素為堿金屬，相對原子質(zhì)量為6.941，熔點(diǎn)為181.5℃，密度為0.53g/cm3。由于鋰是一種非常輕的元素，同時(shí)電極電勢非常低（相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04V），因此鋰離子電池體系理論上具有最大的能量密度。

鋰原電池的研究始于20世紀(jì)50年代，由于石油危機(jī)的爆發(fā)迫使人們?nèi)ふ倚碌奶娲茉础Ｔ诒姸嗟慕饘僭刂校饘黉囎钶p、氧化還原電位最低、質(zhì)量能量密度最大，因此長期以來受到化學(xué)電源工作者的極大關(guān)注。1958年，美國加州大學(xué)的一位研究生最早提出以鋰、鈉等活潑金屬作為負(fù)極的設(shè)想，此后研究者開始從事這方面的研究工作。1962年美國軍方的Chilton Jr.和Cook提出了“鋰非水電解質(zhì)體系”的設(shè)想。1970年埃克森的Whittingham M.S.采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個(gè)鋰電池。1980年，Goodenough J.提出了氧化鈷鋰作為鋰離子電池正極材料，揭開了鋰離子電池的雛形。1985年發(fā)現(xiàn)碳材料可以作為鋰充電電池的負(fù)極材料，發(fā)明了鋰離子電池，1986年完成了鋰離子電池的原始設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了Li//MoS2充電電池的商業(yè)化，但是該電池于1989年發(fā)生起火事故導(dǎo)致了該充電電池的終結(jié)。直到1991年索尼公司發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池。以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，并且提出了“搖椅式電池”的概念。至此，鋰離子電池開始了大規(guī)模的商用化應(yīng)用，同時(shí)也革新了電子產(chǎn)品的面貌。

1.1.2　鋰離子電池的組成及工作原理

當(dāng)前商品化的鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜四個(gè)部分組成。正極，放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)，采用較多的是過渡金屬氧化物，如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等。負(fù)極，放電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)用較多的是碳材料，如石墨、焦炭和瀝青中間相碳微球等。鋰離子電池的電解質(zhì)作為純離子導(dǎo)體，通常是溶解了鋰鹽（如LiPF6）的有機(jī)碳酸酯溶液。多孔聚合物則作為隔膜被置于正負(fù)極之間，為正、負(fù)極提供電子隔離，防止正負(fù)極直接接觸而導(dǎo)致電池短路。

鋰離子電池實(shí)際上是一種鋰離子濃差電池，充電時(shí)，Li+從正極脫出，經(jīng)過電解液嵌入到負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，以確保電荷的平衡。放電時(shí)則相反，Li+從負(fù)極脫出，經(jīng)過電解液嵌入到正極材料中，正極處于富鋰狀態(tài)。鋰離子電池工作原理如圖1-1所示。

鋰離子電池的化學(xué)表達(dá)式為：

（+）LiCoO2|電解液|石墨（-）

在充放電過程中，有如下電化學(xué)反應(yīng)

圖1-1說明了典型的鋰離子電池的充放電原理（以石墨為負(fù)極，鈷酸鋰為正極為例）[1，2]。在充電過程中，鈷酸鋰失去電子，鋰離子從鈷酸鋰晶格中逸出，其中的離子Co3+氧化為Co4+，而從正極中脫嵌出的鋰離子，經(jīng)由電場提供動(dòng)力，電解液對離子的傳輸作用，通過隔膜嵌入石墨負(fù)極中的層狀結(jié)構(gòu)中，此時(shí)鋰離子得到電子被還原成金屬鋰原子與石墨形成LiC6化合物[3，4]。在放電過程中，LiC6化合物失去電子，鋰離子從石墨層間脫出，經(jīng)過電場的驅(qū)動(dòng)，電解液對離子的輸運(yùn)，通過隔膜嵌入鈷酸鋰正極中，此時(shí)鈷酸鋰得到電子，鋰離子則嵌入LiCoO2晶格中，其中的離子Co4+還原為Co3+。在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和過渡金屬氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層間距的變化，而不會(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)的破壞，伴隨充放電的進(jìn)行，正、負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本保持不變，故鋰離子電池也常稱為搖椅式電池（rocking-chair battery）。

1.1.3　鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，因此，其種類、類型和構(gòu)造也同樣具有多樣性。根據(jù)所用電解質(zhì)的狀態(tài)可分為液體鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池。目前商業(yè)化的鋰離子電池可根據(jù)電池的形狀和組成材料進(jìn)行分類。電池包括圓柱形、扣式和方形3種形狀，如圖1-2（a）～（c）所示，聚合物鋰離子電池除制成上述形狀外，還可根據(jù)需要制成任意形狀，如圖1-2（d）所示。

鋰離子電池之所以引起了研究者的廣泛關(guān)注，是因?yàn)槠渚哂泻芏嗒?dú)特的優(yōu)勢，目前鋰離子電池有以下優(yōu)點(diǎn)。

①鋰離子電池的比容量高，工作電壓高。鋰離子電池的單節(jié)電壓為3.6V，因而具有更高的質(zhì)量比能量。鋰離子電池的實(shí)際質(zhì)量比能量已經(jīng)達(dá)到140W·h/kg，體積比能量約為300W·h/L，而常用的Cd-Ni電池的質(zhì)量比能量和體積比能量分別是40W·h/kg和125W·h/L，MH-Ni電池的質(zhì)量比能量和體積比能量分別是60W·h/kg和165W·h/L。

②鋰離子電池具有非常好的荷電保持能力，允許工作溫度范圍寬。當(dāng)環(huán)境溫度為（20±5）℃時(shí)，在開路狀態(tài)下存儲30天后，電池放電容量為額定容量的85％。鋰離子電池可以在比較寬的溫度區(qū)間運(yùn)行，通常可以在-20～60℃的范圍內(nèi)正常工作，具有優(yōu)良的高低溫放電性能，高溫性能優(yōu)于其他電池。

③鋰離子電池循環(huán)壽命長、安全性高以及無記憶效應(yīng)。鋰離子電池的循環(huán)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他各類電池，在優(yōu)良的環(huán)境下，可以儲存5年以上。具有長期使用的經(jīng)濟(jì)性。可隨時(shí)反復(fù)充、放電使用。對于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車，這一點(diǎn)是非常重要的。

④鋰離子電池體積小、質(zhì)量輕、比能量高。通常鋰離子電池的比能量可達(dá)鎳鎘電池的2倍以上，與同容量鎳氫電池相比，體積可減小30％，重量可降低50％，因此非常適合于便攜式電子設(shè)備，未來更是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車商用化的關(guān)鍵。

為了清晰反映鋰離子電池的性能特性，制備了表1-1。

盡管鋰離子電池具有很多的優(yōu)點(diǎn)，卻也具有明顯的缺點(diǎn)。

①鋰離子電池內(nèi)部阻抗高。因?yàn)殇囯x子電池的電解液為有機(jī)溶劑，其電導(dǎo)率比鎳鎘電池、鎳氫電池的水溶液電解液要低，所以，內(nèi)部阻抗比鎳鎘、鎳氫電池約大11倍。

②鋰離子電池成本較高。當(dāng)前所用的鋰離子電池成本較高，成為限制電動(dòng)車商用化的瓶頸。主要是正極材料LiCoO2的價(jià)格較高，隨著正極技術(shù)的不斷發(fā)展，可使用的正極材料的范圍正在被不斷擴(kuò)大，從而可以大大降低鋰離子電池的成本。

③鋰離子電池必須有特殊的保護(hù)電路，以防止其過充。由于工作電壓高，所以與普通電池的相容性差。

相比鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)，這些缺點(diǎn)不是主要問題，特別是用于一些高科技產(chǎn)品中，因此應(yīng)用范圍非常廣泛。更何況，科研工作者正在不斷地努力，以尋找價(jià)格更便宜、性能更優(yōu)異的電極材料，從而克服現(xiàn)有的缺點(diǎn)，使鋰離子電池在更多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

1.1.4　鋰離子電池常見的正極材料

正極材料是鋰離子電池的一個(gè)重要組成部分，在鋰離子充放電過程中提供正負(fù)極嵌鋰化合物間往復(fù)嵌脫所需要的鋰。鋰離子電池正極材料一般為嵌入化合物（intercalation compounds），作為理想的正極材料，應(yīng)滿足以下要求：

①金屬鋰離子在嵌入化合物中應(yīng)具有較高的氧化還原電勢，從而保證電池的輸出電壓高而穩(wěn)定；

②應(yīng)有足夠多的位置接納鋰離子，大量的鋰能夠發(fā)生可逆嵌入和脫嵌，以使電極具有較高的比容量；

③在鋰離子嵌入和脫出過程中，材料結(jié)構(gòu)沒有或很少發(fā)生變化，以使電池具有良好的循環(huán)性能；

④嵌入化合物應(yīng)有較高的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，從而減小極化，并且能夠進(jìn)行大電流充放電；

⑤在整個(gè)充放電電壓范圍內(nèi)，應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，不與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；

⑥從實(shí)用角度而言，還應(yīng)該考慮到嵌入化合物的資源豐富、生產(chǎn)成本低和對環(huán)境無污染等特點(diǎn)。

目前常用的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的LiMO2（M=Co，Ni，Mn）和Li[Co，Ni，Mn]O2，橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO4（M=Fe，V，Co，Ni，Mn，Cu），尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和五氧化二釩（V2O5）等。

在層狀結(jié)構(gòu)材料中，LiCoO2的研究最為成熟并已商業(yè)化。LiCoO2屬于二維層狀結(jié)構(gòu)，理論比容量為273mA·h/g，實(shí)際比容量只有130～140mA·h/g，放電電壓為3.9V。LiCoO2作為正極材料具有比容量和放電平臺高，生產(chǎn)工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，因此在便攜式計(jì)算機(jī)和多功能智能手機(jī)等電子產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用。但是鈷酸鋰存在成本高、毒性大、對環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)限制了其在動(dòng)力電池領(lǐng)域的應(yīng)用，因此不適合未來能源存儲發(fā)展的需要[5～7]。

LiNiO2結(jié)構(gòu)與LiCoO2類似，理論比容量為275mA·h/g，實(shí)際比容量為190～210mA·h/g，工作電壓為2.5～4.1V。相對于LiCoO2，其容量更高，環(huán)境友好并且原料的價(jià)格便宜，但缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，容量衰減依然很快，并且合成十分困難。這使得LiNiO2至今沒有商業(yè)化應(yīng)用[8]。

Li[Co，Ni，Mn]O2的結(jié)構(gòu)與LiCoO2類似，其中三種元素對材料的電化學(xué)性能有各自的影響。Co能提高材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使層狀結(jié)構(gòu)的陽離子有序排列；Ni能提高材料的電化學(xué)活性，使材料比容量更大；Mn能提高材料比容量和安全性，降低成本[9]。三元復(fù)合材料Li[Co，Ni，Mn]O2和一元材料相比，具有成本低、環(huán)境危害小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能好、容量高等優(yōu)點(diǎn)，具有商業(yè)化的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO4（M=Fe，V，Co，Ni，Mn，Cu）磷酸鹽系材料均可作為鋰離子電池的正極，不同的元素有不同的比容量和放電電壓平臺。目前比較常用的是LiFePO4。其理論比容量為170mA·h/g，實(shí)際可達(dá)160mA·h/g，工作電壓為3.5V，熱穩(wěn)定性和循環(huán)性能較好。LiFePO4脫鋰后轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)和體積類似的FePO4，這使得其結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定并且循環(huán)性能十分優(yōu)異。雖然其電導(dǎo)率和離子遷移率都不高，但可以通過制備納米尺度的電極材料來改善。LiFePO4的缺點(diǎn)是包裝過程中振實(shí)密度低，因此很難生產(chǎn)出高能量密度的LiFePO4電池[10，11]，從而限制了其在電動(dòng)汽車和其他大規(guī)模儲能上的應(yīng)用[12，13]。

相比之下，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4具有三維隧道結(jié)構(gòu)，理論容量為148mA·h/g，實(shí)際容量可達(dá)130mA·h/g以上。LiMn2O4具有優(yōu)良的大電流充放電性能，原料資源豐富，價(jià)格低廉并且無毒，是一種環(huán)境友好型的材料，而且電壓平臺比較高。但是其實(shí)際容量比較低（小于120mA·h/g）從而造成低的能量密度，而且其循環(huán)性能不穩(wěn)定，在充放電過程中出現(xiàn)導(dǎo)致電子自旋狀態(tài)發(fā)生變化的Jahn-teller型畸變效應(yīng)降低了電極材料的可逆電化學(xué)活性，因此限制了其未來的大規(guī)模應(yīng)用[14～16]。

與上述正極材料相比，研究者發(fā)現(xiàn)釩氧化物正極材料具有較高的理論嵌鋰容量和比容量，而且具有資源豐富、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此，釩氧化物成為一種最具有發(fā)展前途的鋰離子電池正極材料。在過渡金屬元素中，釩的價(jià)格比鈷和錳都低，且屬于多價(jià)金屬元素，其化學(xué)性質(zhì)比較活潑，可以與鋰生成多種嵌鋰特性的氧化物，如：V2O5、VO2、V3O8等。但由于V具有三種穩(wěn)定的氧化態(tài)（V5+、V4+、V3+），可形成氧密堆分布，所以釩氧化物作為嵌入鋰離子電池的正極材料具有良好的應(yīng)用前景。

1.1.5　鋰離子電池常見的負(fù)極材料

自從鋰離子電池誕生以來，研究的有關(guān)負(fù)極材料主要包括碳系材料（石墨化碳材料和無定形碳材料）、合金、氧化物、硅基材料等。作為鋰離子電池負(fù)極材料必須具備以下的基本要求[17]：

①鋰離子對負(fù)極材料的脫/嵌的氧化還原電位盡量低，接近金屬鋰的電位，從而保證電池的輸出電壓高；

②鋰離子在負(fù)極材料中脫/嵌的可逆程度要盡量的大，首次不可逆容量較小，庫侖效率較高；

③在整個(gè)脫/嵌過程中，負(fù)極材料晶胞體積變化小，具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，這樣有助于維持電極的穩(wěn)定，保持循環(huán)容量；

④脫/嵌鋰主體材料的擴(kuò)散系數(shù)比較大，以提高電池的充放電效率和鋰離子嵌入/脫出速度，利于進(jìn)行快速充放電；

⑤負(fù)極材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率應(yīng)盡可能的大，這樣可以減少極化，有利于充放電的進(jìn)行；

⑥主體材料具有良好的表面結(jié)構(gòu)，能夠與液體電解質(zhì)形成良好的SEI（solid-electrolyte interface）膜；

⑦插入化合物在整個(gè)電壓范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在形成SEI膜后不與電解質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)；

⑧從實(shí)用角度而言，負(fù)極材料應(yīng)盡量選用資源豐富、價(jià)格便宜、來源廣泛，并且制備工藝簡單的材料，以降低電池成本等，而且負(fù)極材料應(yīng)在空氣中穩(wěn)定、無毒、對環(huán)境友好。

目前，鋰離子電池商業(yè)化負(fù)極材料主要是碳素類材料，包括石墨、硬碳和軟碳等。碳材料具有電極電位低（<1.0V vs. Li/Li+）、循環(huán)效率高（>95％）、循環(huán)壽命長、安全性能好、來源豐富、廉價(jià)易得、無毒無害等優(yōu)勢[18，19]。碳材料用于鋰離子電池負(fù)極的研究始于20世紀(jì)80年代，最初為解決安全問題而使用嵌脫基質(zhì)負(fù)極LixC6取代金屬鋰。第一種商品化的鋰離子電池負(fù)極材料為石油焦炭。焦炭類材料具有較高的比容量（180mA·h/g），并且和電解液相容性好，能在碳酸丙烯酯的電解質(zhì)中穩(wěn)定存在。但其大的比表面積增加了SEI膜的面積，首次不可逆容量較大。而且焦炭材料具有的無序性被認(rèn)為有礙提高比容量，因此石墨電極漸漸獲得關(guān)注[20～22]。球形石墨電極，特別是中間相微球（MCMB）具有更高的比容量（350mA·h/g）和低的比表面積。但碳材料的理論容量較低（比容量為200～400mA·h/g）且目前已經(jīng)達(dá)到了理論容量的極限，已經(jīng)無法滿足日益發(fā)展的電動(dòng)汽車對鋰離子電池高容量的要求，因此，研究者開始對新材料進(jìn)行研究。而處于研究中的負(fù)極材料有：a.合金類材料；b.金屬氧化物系列；c.其他負(fù)極材料。在眾多的鋰離子電池負(fù)極材料中，過渡金屬氧化物比容量普遍高于傳統(tǒng)碳材料，有利于發(fā)展新一代大容量鋰離子電池。同時(shí)，金屬氧化物的放電平臺普遍高于石墨，可以在一定程度上避免鋰枝晶的產(chǎn)生，有利于改善電池安全性能。過渡金屬氧化物MxOy（M=Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu）應(yīng)用于鋰離子電池開始于2000年J.M.Tarascon等的開創(chuàng)性工作[23]。與傳統(tǒng)的嵌入反應(yīng)（碳材料）及合金反應(yīng)（Si和Sn）機(jī)理不同，過渡金屬氧化物通過與鋰發(fā)生可逆的“轉(zhuǎn)換反應(yīng)”來儲鋰。一般來說，Li2O很穩(wěn)定，通常情況下不會(huì)和金屬M(fèi)反應(yīng)，但生成的過渡金屬顆粒M尺寸只有幾個(gè)納米，因此具有高度電化學(xué)活性，能使得Li2O分解。過渡金屬氧化物通常有較大的首次不可逆容量損失，首次庫侖效率一般在40％～70％之間。這是因?yàn)殡娊庖簳?huì)在過渡金屬的表面發(fā)生副分解反應(yīng)，形成SEI膜，需要消耗鋰離子，而在隨后的充電反應(yīng)過程中SEI膜不會(huì)完全分解。然而，過渡金屬氧化物在循環(huán)穩(wěn)定性方面還不及碳材料，而且首次庫侖效率都比較低。因此，如何解決過渡金屬氧化物負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和提高電極材料的首次庫侖效率，是鋰離子電池一個(gè)至關(guān)重要的課題。

雖然我們已經(jīng)介紹了作為鋰離子電池電極材料必須具備的基本要求，但是現(xiàn)有的電極材料很難同時(shí)滿足上述要求。因此，研究和開發(fā)電化學(xué)性能更優(yōu)異的新型電極材料已成為鋰離子電池研究領(lǐng)域的熱門課題。

1.1.6　鋰離子電池電解液

電解液包括電解質(zhì)和溶劑兩個(gè)部分，鋰離子電池用電解質(zhì)一般使用六氟磷酸鋰（LiPF6）、高氯酸鋰（LiClO4）、四氟硼酸鋰（LiBF4）、六氟砷酸鋰（LiAsF6）和三氟甲基磺酸鋰（LiCF3SO3）。因?yàn)楦呗人徜嚲哂袕?qiáng)氧化性可能引起安全問題而限制了其實(shí)際應(yīng)用，砷具有很強(qiáng)的毒性并且很貴因此不適合實(shí)際應(yīng)用。四氟硼酸鋰和三氟甲基磺酸鋰的離子電導(dǎo)率很低，且三氟甲基磺酸鋰對鋁箔腐蝕性強(qiáng)而影響了使用。六氟磷酸鋰是當(dāng)前使用較多的電解質(zhì)，然而其成本高、熱穩(wěn)定性差、遇水分解等缺點(diǎn)并不能滿足未來鋰電發(fā)展的需要。

因?yàn)樘妓嶂惾軇┰谳^寬的窗口下具有非常好的電化學(xué)穩(wěn)定性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。包括碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸二乙酯（DEC）等。醚類有機(jī)溶劑也在鋰離子電池中得到廣泛的應(yīng)用。包括四氫呋喃（THF）、1，3-二氧環(huán)戊烷（DOL）和2-甲基四氫呋喃（2-MeTHF）等。羧酸脂類也是一種有效的溶劑。包括γ-丁內(nèi)酯（γ-BL）、丙酸甲酯（MP）、乙酸乙酯（EA）等。這些溶劑之間可以很容易形成混合溶劑而提高鋰離子電池的電化學(xué)性能。

電解液的熱穩(wěn)定性對鋰離子電池的性能有著很大的影響，因?yàn)殡姵氐膶?shí)際使用環(huán)境溫度變化很大（-40～80℃），電池內(nèi)部受焦耳熱效應(yīng)的影響，有些時(shí)候可以超過200℃，且有機(jī)溶劑也是非常易于燃燒的，因此很容易造成起火。另一個(gè)問題是此類電解液電壓窗口低，目前使用的電解液電壓窗口普遍低于4.5V。離子液體是一種在室溫下或者更低溫度下處于液體狀態(tài)的鹽，離子液體比其他的溶劑具有很多優(yōu)點(diǎn)：不可燃、不揮發(fā)、溶解能力強(qiáng)、離子電導(dǎo)率高、電化學(xué)和熱穩(wěn)定性好且電壓窗口很寬，是一種理想的鋰離子電池電解液。當(dāng)前離子液體的主要問題是黏度高，從而抑制了電池的大電流放電性能。凝膠聚合物電解質(zhì)是一種固態(tài)電解質(zhì)，可以防止鋰離子電池電解液泄漏，改善電池的安全性能，提高全電池比容量，且具有非常高的離子電導(dǎo)率，具有非常好的應(yīng)用前景。當(dāng)前的研究方向是提高電壓窗口和進(jìn)一步改進(jìn)鋰離子電導(dǎo)率。固態(tài)陶瓷電解質(zhì)具有非常好的機(jī)械強(qiáng)度、高的鋰離子傳輸性能以及不可燃等性能而成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。使用這類電解質(zhì)能夠有效改善影響鋰離子電池的安全性能。因?yàn)槠錂C(jī)械強(qiáng)度很強(qiáng)，因此可以有效避免鋰枝晶所引起的短路問題，同時(shí)其是不可燃燒的，因此使用陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的電池很難燃燒。當(dāng)前的主要問題是鋰離子電導(dǎo)性還有待改善。

1.1.7　鋰離子電池的應(yīng)用

圖1-3是1996～2005年鋰離子電池產(chǎn)量柱狀圖。如圖1-3所示，鋰離子電池的產(chǎn)量逐年增長。到2005年，鋰離子電池產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到23.5億塊，發(fā)展相當(dāng)迅速。20世紀(jì)90年代鋰離子電池主要應(yīng)用于各種便攜電子產(chǎn)品。隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，鋰離子電池的能量密度不斷提高，應(yīng)用范圍也隨之不斷擴(kuò)展，已經(jīng)從信息產(chǎn)品擴(kuò)展到能源交通等領(lǐng)域。鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)不是單一的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，已經(jīng)成為新能源發(fā)展的基礎(chǔ)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國電池產(chǎn)量已經(jīng)超過100億只，已經(jīng)成為電池行業(yè)最大的生產(chǎn)和消費(fèi)國。該行業(yè)年均產(chǎn)值超過40億美元，并且鋰電市場未來幾年仍將保持快速增長，市場潛力巨大。一旦動(dòng)力電池技術(shù)獲得突破，電動(dòng)汽車很有可能取代燃油車成為主流。屆時(shí)鋰離子電池的需求量將會(huì)劇增，帶來巨大的市場價(jià)值。

低成本、高性能、高安全及綠色環(huán)保是未來鋰離子電池的發(fā)展方向。鋰離子電池作為新能源的代表，優(yōu)勢明顯，但也有缺點(diǎn)需要改進(jìn)。雖然近年來在電極材料及電解液方面研究取得許多進(jìn)展，但是距離下一代鋰離子電池的目標(biāo)還有一定差距。隨著中國越來越多汽車的使用，環(huán)境問題變得很尖銳，為了解決汽車引起的環(huán)境污染，使用電動(dòng)汽車是未來社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果。然而盡管當(dāng)前市場上有著小批量電動(dòng)汽車的使用，但是由于成本太高，普通人并不能夠購買如此高昂的汽車從而限制了電動(dòng)車的推廣，同時(shí)鋰離子電池的安全性也不佳，出現(xiàn)了多次起火事故。限制電動(dòng)車發(fā)展的最根本的原因是當(dāng)前使用的電動(dòng)車的行駛里程太小，充電一次小于120km。為了能夠讓電動(dòng)汽車商用化，尋找高性能的正極和負(fù)極材料來提高電動(dòng)車的行駛里程并且通過電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)讓電池變得更安全，同時(shí)降低電池的成本，最好能出現(xiàn)3萬元左右的小型汽車并且能夠保證超過200km的行駛里程，如此便能讓電動(dòng)車在中國得到快速的發(fā)展。

鋰離子電池的研究是一項(xiàng)涉及物理、化學(xué)、材料、電子、能源等眾多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。隨著研究的不斷深入，鋰離子電池的整體設(shè)計(jì)會(huì)更加合理，并最終實(shí)現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。鋰離子電池已經(jīng)創(chuàng)造了輝煌，而未來必將有更大的輝煌。