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yexuqing

新虫 (文学泰斗)

太阳系系主任

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[交流] 【其他】世代蓄電池之新材料技術已有3人参与

????????????????g 2011/2/23

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1楼 2011-02-23 17:26:02

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justinzhao

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光电池和光电化学分版-电化 ...

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全球正积极致力于担任能源储藏角色之蓄电池的开发。能有效降低C0[sub]2[/sub]排放、能源有效利用、能源储藏量较多且易于利用的各类蓄电组件，都是令人期待的开发目标。诸如，能发挥太阳能及风能达到有效利用之系统连结用的蓄电池以及油电混合车（HEV）、 Plug-in Hybrid Vehicle（PHEV）、纯电动车（EV）等适宜移动的蓄电池等，能凌驾当前所有电池性能的新电池。
自19世纪伏特发明电池以来，研发主流一直局限在少数几种材料上，唯能跳脱此材料限制的就是锂离子电池。在构造中，若锂离子扩散，不管何种物质都有可能成为电池材料，各类氧化物等可作为正极材料，碳及合金可作为负极材料来使用。在电池开发上，材料开发的任务增加；于下世代电池的开发上，材料开发更握有主导权。本文即就材料技术观点来探讨下世代蓄电池。
下世代电池材料的研发方向
为了实现EV每充一次电就能达到300km的行驶距离，电池的能量密度最好能在500Wh/kg以上。具有500Wh/kg以上能量密度的镍氢电池，重量高达100kg，已无法满足车辆轻量化、空间精巧运用的设计需求。若改用重量较轻的锂离子电池，即使经过既有构造的改良，其能量密度也跨不过250Wh/kg的界限值。下世代蓄电池需要仰赖电池材料技术的开发，让锂离子电池的能量密度更加提高，或进一步针对理论上可望达到500Wh/kg以上能量密度的创新性二次电池朝向实用化的方向开发。当然，如何提高锂离子电池的使用安全性与可靠性亦是同为重要的研发课题之一。
表一所示为制作锂离子电池的主要材料。电池是由正极、负极与电解质所构成，而正极与负极的电位差可作为电池电压来利用。锂离子电池的电解质是利用EC及DEC等有机溶剂，而支持电解质则是利用LiPF[sub]6[/sub]等。
1. 正极材料
正极材料担负着决定电池电压与容量的重要角色，如果在正极使用电位高且具有大放电容量的材料，就能增加电池的功率输出密度与能量密度。然而目前已达实用境界的锂离子电池正极材料的容量密度至高也仅在200Ah/kg左右。最早实用化的4V级正极材料LiCoO[sub]2[/sub]面临到钴价高涨及资源量供应不足的问题，渐朝着藉由Co及Al等添加物让其特性稳定的LiNiO[sub]2[/sub]、三元系LiNi1/3Mn1/3Co1/3O[sub]2[/sub]层状岩盐型等发展。也使用相对较为便宜之锰尖晶石系 LiMn[sub]2[/sub]0[sub]4[/sub]。橄榄石型LiFePO[sub]4[/sub]的开发则以美国为主。另外，虽然电位较低约 3.5V，但热特性卓越，以镀碳及微粒子化实现高功率输出的材料，也是着手开发的重点。但是这些材料的放电容量密度除了硅酸盐系（Li[sub]2[/sub]MSiO[sub]4）之外，也都还在300Ah/kg以下，仍是锂离子电池大容量化发展的障碍所在---本文节录自「材料最前线」