簡(jiǎn)介：鋰離子電池作為當(dāng)前最廣泛應(yīng)用的儲(chǔ)能器件，其能量密度和功率密度是評(píng)價(jià)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。然而，高能量密度與高功率密度往往相互制約。近年來，雙高型鋰離子電池（兼顧高能量密度與高功率密度）的研發(fā)取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。本文綜述了雙高型鋰離子電池的關(guān)鍵性能指標(biāo)、正負(fù)極材料、電解質(zhì)等研究進(jìn)展，并探討了電池設(shè)計(jì)與研制的優(yōu)化策略，展望了未來發(fā)展趨勢(shì)，為下一代雙高型鋰離子電池的設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。
隨著航空航天、電動(dòng)飛行平臺(tái)、特種裝備等領(lǐng)域?qū)﹄姵匦阅芤蟮牟粩嗵岣?，兼具高能量密度和高功率密度的鋰離子電池成為研究熱點(diǎn)。這類電池不僅能提供長(zhǎng)續(xù)航能力，還能滿足大功率輸出的需求，例如在電動(dòng)飛機(jī)中，需要能量密度≥500 Wh/kg和功率密度≥1 kW/kg的電池。然而，能量密度和功率密度的平衡一直是鋰離子電池設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。
正極材料是決定鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵因素之一。目前，
磷酸鐵鋰（LFP）和三元材料（如NCA和NCM）是主流選擇。LFP具有高安全性和循環(huán)穩(wěn)定性，但能量密度相對(duì)較低；而三元材料則在高能量密度方面表現(xiàn)突出，但存在熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命問題。為提升性能，研究人員通過摻雜、包覆等手段對(duì)正極材料進(jìn)行改性，例如摻雜鈦、鋯等元素可提高三元材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
負(fù)極材料的性能直接影響電池的功率密度和循環(huán)壽命。石墨是目前最常用的負(fù)極材料，但其理論比容量有限。
硅基負(fù)極材料具有極高的理論比容量（4200 mAh/g），但存在體積膨脹和導(dǎo)電性差的問題。通過納米化、構(gòu)建
復(fù)合材料等手段，研究人員顯著改善了硅基負(fù)極的性能。例如，硅碳復(fù)合材料（Si/C）通過碳材料的緩沖作用，有效緩解了硅的體積變化，提升了循環(huán)穩(wěn)定性。
電解質(zhì)
電解質(zhì)是鋰離子傳輸?shù)臉蛄?，其性能?duì)電池的雙高特性至關(guān)重要。傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)存在安全性問題，而固態(tài)電解質(zhì)則面臨離子導(dǎo)電性不足的挑戰(zhàn)。準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。此外，通過優(yōu)化電解液的成分，如添加成膜添加劑和高鋰鹽濃度電解液，可顯著提升電池的高電壓穩(wěn)定性和倍率性能。
電池設(shè)計(jì)與優(yōu)化策略
雙高型鋰離子電池的設(shè)計(jì)需要綜合考慮正負(fù)極材料、電解質(zhì)等多方面的匹配性。厚電極設(shè)計(jì)通過增加活性物質(zhì)載量提高能量密度，但需優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)以降低離子傳輸阻力。梯度設(shè)計(jì)則通過調(diào)整電極內(nèi)部材料分布，提升電子和離子的傳輸效率。此外，微納米顆粒的應(yīng)用和電子離子傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建也是提升電池性能的重要手段。
面臨的挑戰(zhàn)與未來展望
盡管雙高型鋰離子電池的研發(fā)取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，如何在高能量密度下保持高功率輸出，如何降低電池成本以滿足大規(guī)模應(yīng)用需求等。未來，隨著新型材料的不斷涌現(xiàn)和電池設(shè)計(jì)技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，雙高型鋰離子電池有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，為全球能源轉(zhuǎn)型和高端裝備制造提供有力支持。
雙高型鋰離子電池的研發(fā)是當(dāng)前
儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的前沿課題。通過優(yōu)化正負(fù)極材料、電解質(zhì)和電池設(shè)計(jì)，研究人員在提升電池能量密度和功率密度方面取得了重要進(jìn)展。然而，實(shí)現(xiàn)兩者的完美平衡仍需克服諸多技術(shù)難題。未來，隨著材料科學(xué)和電池工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙高型鋰離子電池有望在航空航天、電動(dòng)交通等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，助力實(shí)現(xiàn)高效能、輕量化和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。
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