【摘要】 锂离子电池作为储能器件具有高能量密度、高循环寿命和高效率等优点。

锂离子电池(LIB)主导了储能系统的市场，这是因为它们比其他类型的电池具有许多优势。这包括它们的高能量密度、高工作电压和高效率。如今，LIBs市场已经扩大到不仅包括它们在便携式电子设备和可穿戴设备中的使用，还包括电动汽车(EV)和智能电网。

 

新的LIBs市场要求更高的性能水平，如高能量密度、快速充电特性，并且比当前一代LIBs更轻。此外，还需要确保LIBs的设计考虑到保护环境的重要性。燃料的燃烧导致二氧化碳的产生，进而导致温室效应。因此，人们倾向于依赖可再生能源，这些能源可以从风能、太阳能或地热中获取能量。

 

然而，这些形式的能源只能产生电能，因此需要一个不同的系统来存储已经产生的能量。引入了新的阴极材料，是推进锂离子电池设计的重要一步。通过使用新的方法，正极材料表现出更大的容量、高度稳定的循环性能和其他增强的电化学性能。这些措施包括用其他过渡金属取代组分，掺杂其他元素，以及对其形貌进行表面修饰。

 

阳极材料取代了新开发的活性材料是用来取代商业上可用的石墨材料。合金基阳极材料(如硅、锗、锡等)。利用纳米技术和一种新的合成工艺，根据纳米结构的形态进行了开发。结果，新开发的阳极具有更高的比容量。

 

在过去的十年里，锂离子电池已经被用来操作各种电子设备。电子设备得到了迅速发展，以实现高水平的性能并进入新的市场。然而，由于现有材料的理论能量密度较低，锂离子电池面临着限制。

 

因此，许多研究人员试图探索不同的方法来提高电池在实际应用中的性能。Sinho Choi[1]等人回顾了LIBs的发展，包括使用新开发的电池材料和新设计的电池系统进行全电池测试的结果。并介绍了锂离子全电池和电池管理系统的制造技术。特别是，全电池测试的结果可以帮助加快新LIBs的推出，这种LIBs具有高能量和功率密度。

 

图1. 不同LIB的能量密度。CNT-Si/TSFCG与目前开发的LIBS插图的比较：车用全电池能量密度保持(CNT-S/TSFCG)。[1]

 

一般来说，LIBs由阴极、阳极、电解液和隔膜组成，每一部分都是近几十年来由研究人员通过使用新技术开发出来的，如合成/修饰材料以实现LIBs性能的增强和全电池LIBs的制造。对LIBs材料进行了改性，形成了独特的纳米级有机-无机复合材料结构，并利用几种类型的纳米技术在表面涂覆了一层。

 

图2. 由基准电解质引起的问题示意图和TMSP添加剂对高性能富锂阴极的独特功能。。[1]

 

 

锂离子电池作为储能器件具有高能量密度、高循环寿命和高效率等优点。然而，目前这一代LIBs的性能仍然远远不能满足现代电子设备的供电需求。新型LIBs面临的科学挑战是引入新的电极材料，以突破目前在能量密度、速率能力、循环寿命和安全性方面的限制。在过去的十年中，各种有前途的阴极、阳极和电解质被引入。

 

然而，不同材料的重要问题仍然存在，例如低电/离子电导率，与电解质的其他不必要的相互作用，低热稳定性和高体积膨胀。许多研究表明，使用新开发的材料在LIBs中实现高电化学性能是可能的。这些研究也证明了如何通过使用新的策略和技术来提高表现。特别是，全电池测试的结果表明，有可能使用这些新材料来生产适合商业用途的LIBs。

 

[1] S. Choi, G. Wang, Adv. Mater. Technol. 2018, 3, 1700376.

 

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