鋰離子電池是繼鎳鎘電池、鎳氫電池之后更具綠色環(huán)保、安全、性能優(yōu)異的二次可充電新型能源，也是近幾年出現的金屬鋰蓄電池的替代產品，具有工作電壓高、比能量大、放電電位曲線平穩(wěn)、自放電小、循環(huán)壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等突出的優(yōu)點。隨著電動汽車市場的增長，預計未來鋰離子電池需求方面將持續(xù)擴大，鋰離子電池行業(yè)發(fā)展較為迅速。
美國、日本兩大發(fā)達國家對于鋰離子電池產業(yè)的投入可謂是不分伯仲。為了獲得電動汽車市場先機，紛紛在鋰離子電池的充放電速度、新材料的研發(fā)等方面均取得顯著成果。
美國在鋰電池充放電領域研究成果顯著
鋰電池新材料：石墨烯
研究背景：美國倫斯勒理工學院(RPI)宣布，在用基于石墨烯的“紙”試制鋰離子充電電池(LIB)負極時發(fā)現，在能量密度相當的情況下，輸出密度提高到了石墨電極的10倍。論文也發(fā)表在了學術雜志《ACSNano》上。最近，將石墨烯用于蓄電池及電容器電極，獲得了高性能的發(fā)布一個接一個。
研發(fā)成果：倫斯勒理工學院教授NikhilKoratkar的研究小組，在氧化石墨烯薄片的還原上采用了照射激光或相機閃光的方法。由此，石墨烯雖得以還原，但出現了很多破洞和裂縫。據稱用這樣的石墨烯制成“紙”用作LIB的負極，結果獲得了相當于石墨電極約10倍的輸出密度。
產品介紹：具體而言，即使進行充放電率約為40C的快速充放電，電極的容量密度仍穩(wěn)定在156mAh/g，輸出密度達到了10kW/kg。據Koratkar等人介紹，還能進行100C的充放電。
前景分析：論文表示該石墨烯電極能以低成本實現工業(yè)量產。Koratkar說：“技術已經成熟，足可供商用，將大大推動電動汽車等所要求的快速充放電型電池”。
鋰電池新材料：壓電碳納米管
研究背景：據國外媒體報道，美國佐治亞理工學院的研究人員開發(fā)出了一種新的鋰離子電池，當這種電池被壓縮或彎曲時，它可以通過一些化學變化給自己充電。
研發(fā)成果：研究人員拋棄了容納電池電解質(一種凝膠物，以化學方式存儲電能)的塑料容器，代之以一層壓電碳納米管(它把運動轉化成能量)，從而開發(fā)出這種可以把運動轉化為電能和化學能的混合動力電池。
產品介紹：在通常情況下，壓電設備會把動能轉換成電能，然后再通過標準鋰離子電池中的充電電路，將其轉換成化學能。而這種新的混合動力電池可以直接影響其自身內部的離子流，因此研究人員可以完全跳過充電電路，以一種更加高效的方式來捕獲機械能。雖然這涉及到物理運動，但是尺寸較小，不那么礙眼的生物力學設備可以提供一個有效的方案，幫助解決移動設備日益增長的電能需求。
前景分析：當這種電池被壓縮或彎曲時，會把動能轉換成電能，然后再通過標準鋰離子電池中的充電電路，將其轉換成化學能，從而給自己充電。
日本著力于研發(fā)鋰電池新型材料和可替代材料
鋰電池新材料：深藍化合物
研究背景：日本筑波大學教授守友浩近期研發(fā)出了一種高效能的鋰電池新材料，其研究成果2012年4月15日已在應用物理學會的雜志上發(fā)表。與現有的最好材料相比，新材料的充電放電效能提升了8倍。作為未來可能運用于電動汽車和車載電池上的新技術，該研究成果備受矚目。
產品介紹：新材料是由鐵、猛、碳、氮等構成的深藍化合物，晶體間隔呈0.5納米(1納米等于10億分之1米)的攀登架型結構。間隔有約5個鋰離子的寬度，出入口處很寬，可以容納鋰離子的高速進出。
實驗把深藍化合物直徑50納米的納米粒子做成1平方厘米的薄膜并緊貼電極。先花上8分鐘充電0.01毫安培再一口氣放電，隨后得到每克85毫安培的電流。放電時間為1.1秒。
研發(fā)成果：據筑波大學介紹，現有的放電性能最好的材料是橄欖石化合物，放電時間為9秒。但該化合物含有氧元素，會隨著時間推移發(fā)生氧化并使質量大打折扣。而新材料并非氧化物，在30次的充電放電后沒有發(fā)生質量惡化的情況。
守友浩教授表示：“將新材料用于電池的話，放電時會有發(fā)熱等問題，但材料本身具有令人驚訝的潛在能力。”
鈉離子電池
研究背景：日本大阪府立大學和日本科學技術振興機構2012年5月23日聯合發(fā)表新聞公報說，大阪府立大學的研究人員開發(fā)出一種利用鈉離子導電性的無機固體電解質，并證實用這種電解質制成的全固體鈉蓄電池能在室溫下正常工作。
研發(fā)成果：公報說，作為純電動車的驅動電源和太陽能發(fā)電、風力發(fā)電的存儲設備，高性能蓄電池的開發(fā)迫在眉睫。利用鈉離子實現反復充電、放電的蓄電池，由于鈉資源儲量豐富和容易實現低成本生產，被部分專家視為替代鋰離子電池的下一代蓄電池。
目前，利用鈉離子導電性的鈉硫電池等大型電力存儲用蓄電池，已進入實用化階段，但這種電池工作時需加熱到250攝氏度以上，以使其正極的硫和負極的鈉處于熔融狀態(tài)，保持電池內部的低電阻。而使用無機固體電解質且正負極全部使用固體材料的電池不僅更安全，而且兼具單位體積存儲能量多和使用壽命長等優(yōu)點。
產品介紹：大阪府立大學的研究人員通過使玻璃結晶的方法，發(fā)現一種固體電解質，這種電解質能析出此前未曾報告過的立方晶系硫代磷酸鈉。研究人員證實，這種固體電解質在25攝氏度的室溫下具有高導電率。把這種電解質微粒在室溫下粉碎成形并制成的全固體鈉蓄電池，可在室溫下反復充電、放電。
前景分析：公報說，提高全固體電池的性能還需進一步增大電解質的導電率以及在電極和電解質之間構筑良好的固體界面，研究人員今后將致力于解決這些課題，以期研制出實用的新一代蓄電池。
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