高容量锂离子电池技术研发进展

锂离子电池的出现是锂二次电池历史上的一次飞跃，它使得锂电池正式迈入了大容量储能应用领域。锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应，而且可作为锂离子源。因此锂离子电池正极活性物质必须满足以下标准：

1）比能量高；

2）电极电位高；

3）充放电反应的可逆性好；

4）在电解液中的化学稳定性好，溶解度低（自放电小）；

5）具有较高的电子导电性；

6）资源丰富、价格低廉。

此外，由于在锂二次电池中由正极提供在正负极嵌入化合物间往复嵌入脱出所需的锂，所以正极活性物质必须为含锂化合物。目前，锂离子电池的正极材料的研究主要集中在以下几类物质中：

1）一类是具有层状结构的过渡金属氧化物LiMO₂（M=Ni、Co、Mn、Fe、V等）及其衍生物；(www.xing528.com)

2）一类是具有三维网络结构的物质，主要是一些尖晶石型化合物Li_xM₂O₄（M=Mn、Ti、V）；

3）一类是橄榄石型嵌锂化合物，如LiFePO₄。

主要的4种锂离子电池正极材料及其主要性能见表3-3，我们可以看出：从技术性能和造价成本等方面综合考虑，磷酸铁锂（LiFePO₄）电池最具竞争优势。

锂离子电池具有高效率、高能量密度的特点，并具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、存储寿命长、无记忆效应及无公害等优点。但以前锂离子电池在大尺寸制造方面存在一定问题，过充控制的特殊封装要求高，价格昂贵，所以未能普遍应用。但是最近锂离子电池（特别是LiFePO₄）的大容量集成技术取得了重大突破，开启了锂电池大容量储能技术应用的新篇章。

表3-3 4种锂离子电池正极材料及其主要性能

2010年，上海市电力公司的建设的100kW-LiFePO₄储能示范项目的成功试验运行，揭开了大容量锂电池储能的应用序幕。2011年，中国南方电网公司的兆瓦级（总容量10MW）锂电池储能站成功并网，所以以下将对LiFePO4锂离子电池进行重点调研分析。