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摘要：目前我国经济发展十分快速，各行各业都在快速的发展。锂离子电池被广泛的应用于手机、电脑、智能穿戴、工具电池、模型、无人机等电子设备上，同时在汽车、储能领域近年也得到更深的开发，展现出广阔的应用前景及经济效益。锂离子电池主要正极、负极、电解液及隔膜组成。正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及镍钴锰酸锂，负极主要石墨，电解液分为液态电解质和固态电解质。更短的充电时间，更长的续航时间，更长的使用寿命，更高的安全性等成为目前锂离子电池发展的主要方向。
关键词：锂电池；正、负电极材料；电解质；电池均衡；
引言
能源、信息与环保是21世纪人类面临的重要课题。面临石油等不可再生能源的日渐枯竭，清洁能源和可再生能源的研发与利用已经引起各国的广泛重视。锂电池早在20世纪90年代就开始应用，随着对其研究的不断深入，世界各国都普遍认为锂电池将成为21世纪的主要候选动力能源之一。
11正负极材料及电解质的发展
1.1正极材料
锂电池的发展史也就是材料的发展史[2]。时至今日，用于锂离子电池的正极材料应用由早期的是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及镍钴锰酸锂，其已广泛应用在3C消费电子产品及xEV等大型动力电池中。
钴酸锂具备能量密度高的特点，但是金属钴的价格相对比较昂贵，且热稳定性相对较差，主要应用在手机等消费电子领域；磷酸铁锂、锰酸锂具备安全性好、循环较长、原材料成本较低的优点，但是其能量密度较低，使其当前应用领域受到一定限制，目前主要集中在电动大巴，后续储能领域也是主要的发展领域；镍钴锰酸锂近年得到长足的发展，根据金属金属的比例不同又划分为333、532、622、811等体系，相对其他现有成熟的正极材料，其具备能量密度高，安全性能及循环性能相对比较均衡，目前已成为电动乘用车首选材料。Tesla、北汽新能源、吉利汽车等国内外汽车制造商均选用镍钴锰酸锂体系。目前普遍推出的电池，能量密度达到200Wh/kg，续航里程突破400Km。
1.2负极材料
目前对负极材料的研究相对较少，负极材料应选择低电位的嵌锂化合物。除石墨材料外，其他的各类材料如硅碳、软碳、硬碳等还纷纷得到研究，尤其硅碳已在部分电池体系中得到实际应用
1.3电解质
电解质作为锂离子电池的关键材料之一影响甚至决定着电池的比能量、寿命、安全性能、充放电性能和高低温性能等多种宏观电化学性质。现在的电解质已经从以前的液态电解发展到固态电解质，也就是聚合物电解质。以聚合物电解质取代液态电解质，是锂离子电池发展的一个重大进步，其显著特点就是提高了电池的安全性能，易于加工成膜，可做成全塑结构，从而可制造超薄和各种形状的电池；能够很好地适应电池冲放电过程中电极的体积变化，同时又有较好的化学和电化学稳定性能。因此在新型高能锂电池及电化学的应用上显示出很大的优越性。根据电解质锂电池可分为液态锂离子电池和聚合物锂电池。聚合物锂电池代表了锂电池的发展的最高技术。聚合物锂离子电池和液态锂离子电池的区别就在于电解质的存在形式，聚合物锂离子电池的电解质为凝胶型或纯固态聚合物。与传统的锂离子电池相比，聚合物锂电池塑性灵活、安全性好、循环寿命更长、体积利用率比液体锂离子电池高10%～20%，且易于大规模工业化生产。丰田、日产等日系车企正在大力研发聚合物锂电池，用以匹配普锐斯和LEAF等新能源汽车。锂离子聚合物的胶状或固态的电解质是聚合物锂电池安全性能好于液态锂离子电池主要原因。为改善锂电池的安全性，国外研究也取得了最新的突破。英国利兹大学研究人员开发出一种性能与传统相当，却减小了起火等安全隐患且更为廉价的新型锂电池。利兹大学研究人员设法将液体电解质和聚合物薄膜融合到一起，制作出一种类似果冻的胶状物，电池的正负极连在这种胶状物上。此种锂电池有望广泛用于笔记本电脑、手机等电子产品。由于锂聚合物电池在安全性、可塑性方面远好于液态锂离子电池，由此可以设想锂聚合物电池是锂电池未来发展的主攻方向。
2充电方法及快充的发展
2.1锂电池恒流恒压（CC-CV）充电模式
锂电池最为简单且相对节省的充电方式是恒压充电，但是这种充电方式需要充电的时间很长。充电时间长的原因在于在恒定电压充电下，电池的充电电流降低得很快，所以其充电速率就会变低。目前，锂电池广泛采用的充电方式为恒流恒压充电方式，锂电池的恒流恒压（CC-CV）方式又分为三个阶段：预充电、恒流充电和恒压充电。在CC-CV充电模式下，充电器先给电池提供小充电电流；当电池的电压达到预定值时，再使用大电流对电池进行快速充电；当电池的端电压达到上限电压4.2V时，改为恒压充电，直至电池充满。CSMC公司研制开发的0.6μm的CMOS工艺流片就是基于CC-CV的充电模式。充电器先对电池进行大电流充电，在电池电压还没有达到设定值之前时，充电电流便开始减小；当电池电压达到设定值并保持恒定之后，充电电流就会进一步减小。这种充电方法的优点在于能够避免在电池电压在设定值附近仍对电池进行大电流充电的危害，从而避免电池因大电流充电而出现过热现象的发生。基于恒流恒压充电机理而研制的充电集成电路还有TI公司bq246xx系列，能对多达7节的电池组进行充电；ST公司的TMS1015同样基于CC-CV充电模式。
2.2其他快速充电法
围绕最佳充电曲线还设计了很多其他快速充电方法，如：脉冲式充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇式充电法[4]、变电压间歇充电法[4]、变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法。
2.3快速充电将成为现实
目前，锂电池快速充电问题，也是各国竞相研究的重要方向。日本关西大学的工程师和研究人员利用氧化钨和氧化钒创造了新的电容电极，而不是普通的碳材料。新的电容电极可以容纳更多的能量，并且在不减少容量和电压的情况下能够显著地减少充电时间，预计该技术成熟后10min即可将一颗电动的充满。日本东芝公司近日推出商业化的锂离子充电电池“SCiB（SuperChargeionBattery）”，它可以在5min内充满90%，而且保持长寿命循环性能。国内比亚迪公司使用先进的充电技术能使续驶里程长达300km，最高时速达140km的E6先行者在专用的充电站15min即可充满80%的容量。另外，美国西北大学教授HaroldKung及其团队利用在石墨层上打了数百万计、直径在10～20nm的小孔使得锂离子可快速通过石墨层的方法，可使锂电池从0到充满电仅需15min。因此，可以预见随着对锂电池的深入研究以分钟为量级的快速充电将很快到来，为锂电池的应用普及奠定了坚实的基础。
结语
锂电池的技术标准体系，梳理了锂电池在材料与部件、设计与制程、试验方法及产品规范等方面的相关标准，并对包括电化学性能测试、安全性能测试、容量测试在内的锂电池测试技术进行了分析。我国正在加快制订锂电池技术标准，以求使锂电池的应用更科学、更安全，也更高效。
参考文献：
[1]桂长清.动力电池[M].北京：机械工业出版社，2009：301-302.
[2]屈伟平.锂电池的广泛前景及发展障碍[J].电源技术应用，2009，12（8）：6.