1.電極材料

正極材料

(1)傳統(tǒng)正極材料(LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等)的基礎(chǔ)上，發(fā)展相關(guān)的各類衍生材料，通過摻雜、包覆、調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)、控制材料形貌、尺寸分布、比表面積、雜質(zhì)含量等技術(shù)手段來綜合提高其比容量、倍率、循環(huán)性、壓實(shí)密度、電化學(xué)、化學(xué)及熱穩(wěn)定性。

(2)而三元材料(LiNixCoyMn1-x-y)和富鋰材料(Mn基和V基)具有較大的開發(fā)與技術(shù)研究空間和廣闊的應(yīng)用前景。因此，鎳鈷錳三元材料、富鋰錳基釩基材料、性能優(yōu)異的復(fù)合正極材料、以及高效節(jié)能的聚陰離子團(tuán)正極材料是未來鋰離子電池正極材料的主流;開發(fā)更加高效節(jié)能的新型正極材料來克服和取代現(xiàn)有的存在缺陷的正極材料也是研究的熱點(diǎn)。

(3)一系列的過渡金屬氟化物、氧化物、硫化物以及氮化物被證實(shí)可以實(shí)現(xiàn)多電子轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)很高的容量。基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)鋰功能的電極材料具有比基于鋰離子嵌入脫出機(jī)制的傳統(tǒng)鋰離子電池電極材料高出2～4倍以上的比容量。不過還存在很多問題要解決，這類材料的研究相比較較少，機(jī)制上還有很多說不清楚的地方。

(4)看文獻(xiàn)中，還有人做過有機(jī)正極材料，重要是分為導(dǎo)電聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和羰基化合物等，(具體的我了解的不是很多，假如有了解的希望能夠補(bǔ)充)。

其中P1、P2為有機(jī)電極材料(可以是小分子也可以是聚合物),M+,A+為摻雜的正負(fù)離子,通常為Li+、Na+、(C4H9)4N+和Cl\CICV、PF6-等。P1-M+，P2+A-、PI+A-、P2-M+為摻雜后的有機(jī)電極材料。

負(fù)極材料

(1)碳基材料

包括重要未來的發(fā)展將重要集中在高功率石墨類負(fù)極及非石墨類高容量碳負(fù)極(軟碳、硬碳等)，以滿足未來動(dòng)力和高能電池的需求。新型碳材料：如碳納米管(CNT)，石墨烯，由于具有特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電特性，降低其成本朝著高能量密度、高循環(huán)特性和低成本的方向發(fā)展。

(2)非碳材料

LTO可類比于碳基材料，F(xiàn)e，Ge，Sn，Si等金屬或者半導(dǎo)體材料是現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)，圍繞著包覆，表面改性，納米化，復(fù)合化等方向以期降低其體積膨脹而能形成穩(wěn)定的SEI膜，這類金屬材料的比容量尤其是Si，很高，應(yīng)該是下一代鋰離子電池理想的正極材料，不過其體積膨脹和SEI不穩(wěn)定的問題至今仍沒有很好的解決，也從一定程度上制約了其發(fā)展，特別是體積能量密度相關(guān)于石墨負(fù)極的優(yōu)勢遠(yuǎn)不如理論計(jì)算結(jié)果，因此關(guān)于應(yīng)用上也不是絕對的優(yōu)勢，最終，鋰離子電池的負(fù)極材料很可能還是回歸到Li單質(zhì)本身，金屬鋰可充放鋰離子電池、全固態(tài)鋰離子電池、鋰硫電池以及鋰空電池等新型電池正在被大量研究。

2.電解質(zhì)材料

重要是要提高電解質(zhì)的電壓窗口，降低成本，電解液的溫度適用范圍，提升固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，控制形成穩(wěn)定的SEI膜幾方面進(jìn)行考慮。

.液態(tài)電解質(zhì)：

現(xiàn)階段，一般都是使用LiPF6，EC加一種或幾種線性碳酸酯作為溶劑，通過加入不同的添加劑和采用不同的溶劑以及替換不同的鋰鹽，來試驗(yàn)各種類型和場合，因?yàn)長IPF6/EC：DMC電解質(zhì)體系的工作溫度范圍為-20～50℃。現(xiàn)階段也有不少嘗試使用離子液體，它的溫度范圍更寬且蒸汽壓更低，電化學(xué)性能好且電化學(xué)穩(wěn)定，但是非常貴(戴宏杰教授的鋁離子電池Nature就是用的一種離子液體)，再就是發(fā)展凝膠/固態(tài)電解質(zhì);其次就是高壓電解質(zhì)以通過提純?nèi)軇⒉捎秒x子液體、氟代碳酸酯、添加正極表面膜添加劑等來解決，同樣發(fā)展固體電解質(zhì)也能顯著提高電壓范圍。

凝膠電解質(zhì)

常用的凝膠型聚合物電解質(zhì)基體有：聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸、甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。凝膠型聚合物電解質(zhì)對環(huán)境的污染小，使用的安全性能更好，在電池市場中倍受青睞。近幾年，發(fā)展的趨勢是通過納米粒子(常用的無機(jī)填料有SiO2、Al2O3)改性共聚或共混等手段，得到有較高孔隙率較低電阻較高抗撕裂強(qiáng)度較好抗酸堿能力和良好彈性的電解質(zhì)膜。

固態(tài)電解質(zhì)

固體電解質(zhì)一般又稱為快離子導(dǎo)體，要求具有較高的離子導(dǎo)電性、低的電子導(dǎo)電性和低活化能。說實(shí)話，我覺得固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)該是鋰離子電解質(zhì)的最終BOSS，其提出就是要解決現(xiàn)階段鋰離子電解質(zhì)的所有問題，所以發(fā)展目標(biāo)就是從根本上解決目前所使用的鋰離子電池安全性問題，提高能量密度、循環(huán)性、服役壽命、降低電池成本等等。

3.發(fā)展與展望

當(dāng)解決了金屬鋰枝晶和安全上的一些問題時(shí)，鋰金屬很可能成為鋰離子電池的最終負(fù)極材料。下圖是一篇文獻(xiàn)中從理論計(jì)算的角度上關(guān)于鋰離子電池的發(fā)展規(guī)劃，由鋰離子電池向鋰金屬電池，再到鋰燃料動(dòng)力電池的轉(zhuǎn)化。

因此，基于這一點(diǎn)：對鋰離子電池而言，從能量密度逐年上升的角度考慮，可充放鋰離子電池今后的發(fā)展趨勢可能是：

采用高容量正極、高電壓正極，高容量負(fù)極的新一代鋰離子電池，如以LiNi1/2Mn3/2O4，xLi2MnO3(1–x)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2為正極，高容量Si基材料為負(fù)極的鋰離子電池。

以金屬鋰為負(fù)極的可充放鋰離子電池。氟化石墨(CF)n的工作電壓在2.9V，儲(chǔ)鋰容量為800mAh/g，Li/(CF)n電池具有較高的質(zhì)量能量密度，但是目前還無法循環(huán)。其它鋰離子電池，如Li/FeF3、Li/MnO2、Li/FeS2電池循環(huán)性、安全性等綜合性能還不能全面滿足應(yīng)用的要求。

預(yù)計(jì)首先實(shí)現(xiàn)的有可能是以金屬鋰為負(fù)極，采用現(xiàn)有鋰離子電池正極材料的可充放鋰離子電池。

最終發(fā)展的高能量密度電池應(yīng)該是以金屬鋰為負(fù)極，O2、H2O、CO2、S為正極的可充放鋰離子電池。