锂电池：高能量密度动力电池还存在以下技术障碍

目前锂离子电池主要应用于消费电子类产品，已开始出现在电动工具、电动自行车、混合动力汽车、纯电动汽车、小型电站储能、应急后备电源、国家安全等领域，未来还可能在可再生能源配套储能、离网家庭储能、航空航天、医疗电子、其它工业应用领域获得大规模应用。

自1991年商业化开始，经过20年的努力，目前小型高能量密度锂离子电池的能量密度从90Wh/kg提高到250 Wh/kg, 正极材料为LiCoO2, 负极材料为石墨。过去20年电池能量密度每年提升7%，主要是通过技术进步，不断增加活性物质在电池中的占有比例来实现。

车用动力电池目前正极采用LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiFePO4，负极采用石墨。单体电芯的能量密度在100-160 Wh/kg, 混合电动汽车用高功率电池功率密度最高可以达到4000W/kg。

在所有储能体系中仍然是最高的。由于消费电子产品的飞速发展，纯电动汽车对延长续航里程的要求，迫切希望大幅度提升电池的能量密度。但在有限的电池空间填入更多的活性储能物质，进一步减少非活性物质的比例，从技术层面，已达到瓶颈。研发具有更高能量密度的新储能材料体系，是当今高能量密度电池发展面临的必然选择。

通过系统的热力学计算，锂电池体系在所有储能电池体系中具有最高的理论能量密度。通过过去10年的研究，目前在高能量密度锂离子电池方面，高容量Si负极较有希望的负极材料，高容量富锂相层状复合结构材料、高电压尖晶石Ni-Mn系材料、层状Ni-Co-Mn系材料为较有希望的正极材料。

理论预测，采用这些材料体系的锂离子电池的能量密度有望提升到250-300Wh/kg。虽然上述这些高能量密度材料已被广泛研究，但目前在满足所有指标要求方面仍然存在一些技术障碍，特别是循环性、倍率特性、充放电效率、安全性、体积变化。具体而言，目前高能量密度动力电池还存在以下技术障碍：

1)  高容量正极材料电压范围宽、循环性、倍率性、安全性差；

2)  高容量负极大体积变化器件无法接受；

3)  动力电池用正负极材料综合性能尚未过关、均未量产；

4)  高安全性、高电位范围实用电解质技术缺乏；

5)  高能量密度电池需要宽电位范围，现有材料体系不兼容；

6)  高能量密度电池产业化积累经验较少；

7)  一致性、高可靠性、成本、智能控制之间的平衡不易找到。

锂离子电池之外，锂硫(Li-S)电池能量密度可达到400~450Wh/kg）可充放锂硫电池的研究已经进行了50年，可充放锂空气电池的研究已经有16年，但循环性较差的问题一直比较突出。

直到最近，由于纳米结构电极与新电解质材料的发展，在电池性能方面取得了显著进步，出现了应用的一线曙光。

由于锂离子电池的能量密度存在理论上的极限，新材料仍然存在一定的技术挑战，因此对这锂硫锂空气电池的研究最近得到了广泛关注。和锂离子电池从材料到电芯的产业化技术成熟度相比，离商业化应用还存在较大的距离，需要长期的研发，这也是未来储能电池研究竞争的焦点之一。无论是下一代锂离子电池，还是未来可能应用的锂硫电池，通过从原子到纳米尺度对关键材料构效关系的深入研究，设计并验证高效稳定的纳微复合结构电极与电解质材料，将会是推动性能稳定、价格低廉、安全性好的高能量密度化学储能技术发展的必由之路。

高质量手机电池出现安全问题的几率已经降到了千万分之一， 如果单体动力电池容量是手机单体电池的数千倍， 则出现安全问题的几率升到万分之几。动力电池一旦出现热失控，造成的破坏力巨大，已经有多起惨痛的教训。

发展非常安全的动力锂离子电池是动力电池大规模应用的先决条件。含液体电解质的锂离子电池中放热反应涉及电解液在正极的氧化反应，在负极的还原反应，正极与负极的热分解，电解液热分解，内部微短路，锂析出导致的化学反应等。对于不同材料体系，这些反应的发生条件、放热量、放热速率也不一样，同时还与非活性材料的散热能力、稳定性有关。电池安全性可以通过智能电源管理与保护电路来提高，但由于导致安全性的因素来自电芯内部，因此从材料，特别是电解质入手是根本的解决之道。添加阻燃剂、采用阻燃或不燃有机溶剂，离子液体，或混合离子液体的办法，都具有一定的效果，但并不能从根本上消除隐患。采用聚合物电解质或无机电解质是解决能量型动力电池安全性的有效办法。