高性能锂电池材料的应用趋势研究

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孟亚斌

(深圳市优特利能源股份有限公司,广东深圳 518132)

在科学技术飞速发展形势的推动之下,促使更多的电力设备运用到日常的生活与生产工作中,使广大民众的生活水平得到了有效提升。由于电力设备得到了推广,使锂电池得到了很大的关注与重视。为了达到不同人群需要的目的,应该加快高性能锂电池材料开发的速度,在体现出节能优势的基础上,进一步提高其效率,从未来的角度而言,高性能锂电池材料具有很大的应用空间,能够增强实际的运用效果。

对于锂离子电池而言,在能量的来源方面,主要基于液体,抑或固体环境下,锂离子处于正负极间运输的过程当中得以形成,由此说明了锂离子电池具有的充电、放电等性能,主要受到锂离子传输速度、线路等方面因素的影响。通常情况下,锂离子电池正极材料涵盖了不同的构成部分,如磷酸铁锂、锰酸锂及混合材料等。而锂离子电池负极材料当中,则涵盖了人造石墨与干性天然石墨等。针对相关隔膜材料来说,以聚丙烯薄膜和聚乙烯薄膜为主。从电解液的角度而言,依靠六氟磷酸和EC、EMC等不同溶剂经过配制形成。所以,科学分析高性能锂离子电池材料可谓十分关键。针对磷酸铁锂正极锂离子电池的应用原理如图1所示。

图1 磷酸铁锂正极锂离子电池的应用原理

2.1 锂电池有关概述及类别划分

通常,锂电池涵盖了隔离、电解液以及正负极等不同的材料。从成本的角度来说,取决于其正极材料,主要与锂电池自身的性能密切关联。从具体的运行机制方面来看,具体进行充电的过程当中,正极与电解液当中的锂离子会朝着负极进行聚集,然后获取到电子。进行放电的过程当中,在负极碳素材料当中的锂离子则会失去电子,进到电解液内,并且让锂离子朝着正极进行移动。

在锂电池的类型划分方面,则需要从下述2个方面加以实施。

(1)结合锂离子电池电解质的区别实施类别划分。参考此项标准要求,锂电池主要涵盖了液态锂电池、聚合物胶态锂电池、固态锂电池。从电解质差异性的角度实施归类,需要着重关注电解质差别方面的因素,在正负极材料与液态锂方面均一样,所以,由此可见,两类锂电池在运行机制方面,从根本上来说是一致的。一般的锂电池电解质为液体,但是,固态锂电池中的固态电解质,则不添加溶剂。

(2)参考锂电池可否实现循环利用的情况,能够划分成可充电与不可充电两类锂电池。其中,后者即为常见的一次性电池,可以把原有储存的化学能转变为电能,不过由于还原性不佳,无法实现把电能转化为化学能的效果。

2.2 锂电池材料的运用

早期阶段,锂电池材料主要被运用到心脏起搏器装置中,依靠放电率很低、放电电压十分平缓等优点,已经植入体内的起搏器可以长久进行运作,却无需进行充电。受到信息化技术迅速发展的影响,让锂电池的研发进程得到了进一步推进。从目前的情况来看,计算机技术、信息化技术得到了广泛运用,带给广大民众很大的方便与帮助,一方面,使信息传播的速度得以变快,方便广大民众及时获得最新的信息;
另一方面,则提升了相关供应设备运行的整体效率,让锂电池的需求量与日俱增。实际上,锂电池不再单纯被运用到医疗事业当中,还会延伸到经济、文化、政治等其他不同的领域当中,从而发挥出其应有的功效和作用。

2.3 锂电池材料的优点和缺点

得益于科技的日益进步,带动了社会的迅速发展,让广大民众更加注重追求物质的质量,相应的标准随之提升,所以,促进了锂电池的可持续发展,符合不同用户的各类需要。实际上,具体运用的过程当中,锂电池能够充分发挥出其优点:①拥有很大的输出功率。对比其他类型的电池来说,锂电池具有很高的释放能力,以便使相关电子设备可以获取和利用更多的能量,确保其运行的稳定性。②高效性十分明显。运用锂电池时,需要实现迅速的充电与放电效果,不但节省了更多的时间,而且确保工作质量达到相关规定。③很长的使用年限。对比其他类型的电池,锂电池的使用寿命明显更久,与此同时,在此期间,通常无需加以维修,能够进一步降低经济成本。然而锂电池因为制作的原材料十分多样化,鉴于其价格非常高,造成生产工作的成本随之得以提升。具体进行制作的过程当中,对专业型人才的需求量不断增加,让实际的成本上涨。鉴于此,对于广大生产商来说,进行生产时,应该配备合适的保护设施,谨防生危险事故。

实际上,在现阶段的市场当中,通常运用到的锂电池难以达到广大民众在新能源方面的要求。与此同时,常见的锂电池具体进行应用的过程当中,经常产生相关问题。针对锂电池的缺点,具体如下:①锂电池的材料价格是非常高的,因而制作过程当中的成本费很高。与此同时,有关制作者应该拥有丰富的知识,在经济成本方面很高,由此造成锂电池的价格出现偏高的情况。②由于锂电池供应的电能很大,进行充电的过程当中,形成的电压与功率均很大,因而,对比普通的电池,显然更加危险。有关生产商开展加工处理时,应该针对锂电池制定出合理的保护对策,有效避免发生电池爆炸事故。

2.4 技术研发与创新

对于锂电池的市场供给与需求而言,通常应该维持一定的平衡性,从当前的市场情况来看,全部的锂电池能够达到公众的实际需要。但是在科学技术不断进步形势的推动下,广大民众的生活水平也获得了提高,在物质方面的需求呈现出多样化的特征。基于此种环境背景下,当前的锂电池需要加快开发,难以达到不同的需要。所以,为了做到与时俱进,重视对新型锂电池的研发工作开展显得尤为必要,需要依靠国家相关部门的扶持与推动,从而促进整个电池行业发展的进程,有效落实相关规定。以满足绿色环保发展方面的要求,应该避免出现严重污染的现象。对于锂电池而言,能够达到此种需求,并非一次性,能够实现循环利用的效果,谨防发生废弃电池导致环境污染的现象,达到保护生态环境的目的[1]。

从目前的情况来看,锂电池市场一直处于供需平衡的情形,通过合理运用锂电池,能够达到广大用户的需要,并且达到很多工厂机器与电子设备应用方面的规定。受到科学技术迅速发展的影响,广大民众在生活质量方面的要求随之得以提高,锂电池显然难以达到不同用户群体的实际需要。鉴于此,加快对高性能锂电池材料的开发速度可谓非常关键,具有很大的实施价值。具体而言:①能够加快电池行业技术发展的速度,进一步增强中国电池行业在国际电池市场当中的竞争能力,带动了国家综合实力的提高。②依靠对高性能锂电池材料的有效开发,可以做到与时俱进,有助于电池行业的长远发展和进步。并且,在此过程当中,能够研发出全新的环保型锂电池,真正实现循环利用的效果。借助此项措施,可以达到环境保护工作开展的相关规定。③面对经济日益增长的形势,广大民众的生活质量得到了很大的改善,加大对高性能锂电池的开发力度可谓势在必行,能够达到广大民众的实际需要,带给其生活更大的便利与帮助,提高了社会发展的稳定性。由此可见,经过上文的论述与分析之后,从中可以获悉,有效说明高性能锂电池材料运用的价值可谓十分关键[2]。

4.1 现阶段锂电池运用的势态

现阶段,锂电池得到了迅速发展,在很多领域均得到了运用。无论是航天,还是新能源汽车等领域,均已经运用了锂电池能源技术,由此明确了电能产品研发的思路与方向,使其种类变得越来越多,数量与日俱增,因而,在锂电池方面的需求得以不断上涨,当绿色环保工作得到大规模宣传与推广以后,公众更加关注与重视锂电池,说明在未来,高性能的锂电池材料具有更大的发展空间,其重要性和价值是毋庸置疑的。

在绿色环保理念深入人心以后,锂电池所获得的关注度开始不断提升,使用的频率与次数也开始与日俱增。很多领域,均将锂电池作为首选,比如,新能源汽车与航天航空等,均加大了针对锂电池技术的开发力度。当此项技术得到改进和优化以后,必然会加快整个行业发展的进程,让锂电池材料的功效与作用得到充分的发挥。实际上,科学运用高性能锂电池,显然在市场当中的竞争力更强,为此,不难看出,高性能锂电池的发展机会是非常多的[3]。

4.2 国内锂电池制造过程中呈现的不足

对于我国来说,尽管锂电池已经被大范围利用,然而,国内进行锂电池制造的过程当中,仍然表现出诸多方面的缺陷与不足:其一,锂电池制造的某些核心材料方面,国内无法实现真正的自给自足,一些核心技术依然需要借鉴和利用外国的技术,所以,更加依赖进口。其二,专业型人才数量不足。因为国内锂电池行业的发展时间较短,关键性技术研究落后,造成专业型人才严重欠缺。显然,培养更多此方面的人才,需要一个漫长的过程,并非一蹴而就的。在增加专业人才储备量以后,有助于推动锂电池行业的可持续发展[4]。

4.3 高性能锂电池材料未来的发展趋势

未来锂电池的发展前景是非常好的。一方面,能够运用到不同的行业领域当中;
另一方面,则受到广大民众思想意识的转变与提升影响以后,在我国有关政策的支持与推动之下,让高性能锂电池的研究工作得到了很大的关注与重视[5]。基于有效处理锂电池开发与生产环节中存在相关问题的目的,达到确保产品的质量符合相关要求,应该将产品的质量、专业型人才以及技术等不同方面作为切入点,推动改革的进程。基于人才的视角,国内此方面的专业型人才数量较少,因而,需要重视教育培养工作,促使广大高校积极开设锂电池专业,有效落实人才培养的工作,储备更多的人才数量,以便带动整个行业的发展与进步。以技术的视角而言,因为国内在研发与生产方面的技术存在一定的滞后性,因而,需要借助进口的形式,确保锂电池实现持续供应的效果。对于该环节来说,要求有关工作者更加重视针对设备的研究与分析工作,达到自主研发的目的,并且降低进口成本。鉴于高性能锂电池仍然处于研发时期,为此,正式进行运用之前,需要确保质量合格,发挥出其性能,提高使用安全性[6]。

面对石油与煤炭等不可再生能源被过度开采的情况,资源逐渐减少变成了显著的问题,加快对新能源的发展速度势在必行,属于未来时期技术发展的趋势。当经济的增长速度变快以后,科学技术也得以进步,有效改善了广大民众的生活,也推动了锂电池材料发展的进程,提高了科技含量,满足不同人群的需求。在大力研发高性能锂电池的同时,积极进行推广与运用,能够增强服务工作的质量,使整体的工作效率得以提升,体现出高性能锂电池材料的应用价值。

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