1.電極材料

正極材料

(1)傳統(tǒng)正極材料(LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等)的基礎(chǔ)上，發(fā)展相關(guān)的各類衍生材料，通過摻雜、包覆、調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)、控制材料形貌、尺寸分布、比表面積、雜質(zhì)含量等技術(shù)手段來綜合提高其比容量、倍率、循環(huán)性、壓實密度、電化學(xué)、化學(xué)及熱穩(wěn)定性。

(2)而三元材料(LiNixCoyMn1-x-y)和富鋰材料(Mn基和V基)具有較大的開發(fā)與技術(shù)研究空間和廣闊的應(yīng)用前景。因此，鎳鈷錳三元材料、富鋰錳基釩基材料、性能優(yōu)異的復(fù)合正極材料、以及高效節(jié)能的聚陰離子團正極材料是未來鋰離子電池正極材料的主流;開發(fā)更加高效節(jié)能的新型正極材料來克服和取代現(xiàn)有的存在缺陷的正極材料也是研究的熱點。

(3)一系列的過渡金屬氟化物、氧化物、硫化物以及氮化物被證實可以實現(xiàn)多電子轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)很高的容量。基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)機制而實現(xiàn)儲鋰功能的電極材料具有比基于鋰離子嵌入脫出機制的傳統(tǒng)鋰離子電池電極材料高出2～4倍以上的比容量。不過還存在很多問題要解決，這類材料的研究相比較較少，機制上還有很多說不清楚的地方。

(4)看文獻中，還有人做過有機正極材料，重要是分為導(dǎo)電聚合物、含硫化合物、氮氧自由基化合物和羰基化合物等，(具體的我了解的不是很多，假如有了解的希望能夠補充)。

其中P1、P2為有機電極材料(可以是小分子也可以是聚合物),M+,A+為摻雜的正負離子,通常為Li+、Na+、(C4H9)4N+和Cl\CICV、PF6-等。P1-M+，P2+A-、PI+A-、P2-M+為摻雜后的有機電極材料。

負極材料

(1)碳基材料

包括重要未來的發(fā)展將重要集中在高功率石墨類負極及非石墨類高容量碳負極(軟碳、硬碳等)，以滿足未來動力和高能電池的需求。新型碳材料：如碳納米管(CNT)，石墨烯，由于具有特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電特性，降低其成本朝著高能量密度、高循環(huán)特性和低成本的方向發(fā)展。

(2)非碳材料

LTO可類比于碳基材料，F(xiàn)e，Ge，Sn，Si等金屬或者半導(dǎo)體材料是現(xiàn)今研究的熱點，圍繞著包覆，表面改性，納米化，復(fù)合化等方向以期降低其體積膨脹而能形成穩(wěn)定的SEI膜，這類金屬材料的比容量尤其是Si，很高，應(yīng)該是下一代鋰離子電池理想的正極材料，不過其體積膨脹和SEI不穩(wěn)定的問題至今仍沒有很好的解決，也從一定程度上制約了其發(fā)展，特別是體積能量密度相關(guān)于石墨負極的優(yōu)勢遠不如理論計算結(jié)果，因此關(guān)于應(yīng)用上也不是絕對的優(yōu)勢，最終，鋰離子電池的負極材料很可能還是回歸到Li單質(zhì)本身，金屬鋰可充放鋰離子電池、全固態(tài)鋰離子電池、鋰硫電池以及鋰空電池等新型電池正在被大量研究。

2.電解質(zhì)材料

重要是要提高電解質(zhì)的電壓窗口，降低成本，電解液的溫度適用范圍，提升固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，控制形成穩(wěn)定的SEI膜幾方面進行考慮。

.液態(tài)電解質(zhì)：

現(xiàn)階段，一般都是使用LiPF6，EC加一種或幾種線性碳酸酯作為溶劑，通過加入不同的添加劑和采用不同的溶劑以及替換不同的鋰鹽，來試驗各種類型和場合，因為LIPF6/EC：DMC電解質(zhì)體系的工作溫度范圍為-20～50℃。現(xiàn)階段也有不少嘗試使用離子液體，它的溫度范圍更寬且蒸汽壓更低，電化學(xué)性能好且電化學(xué)穩(wěn)定，但是非常貴(戴宏杰教授的鋁離子電池Nature就是用的一種離子液體)，再就是發(fā)展凝膠/固態(tài)電解質(zhì);其次就是高壓電解質(zhì)以通過提純?nèi)軇⒉捎秒x子液體、氟代碳酸酯、添加正極表面膜添加劑等來解決，同樣發(fā)展固體電解質(zhì)也能顯著提高電壓范圍。

凝膠電解質(zhì)

常用的凝膠型聚合物電解質(zhì)基體有：聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸、甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。凝膠型聚合物電解質(zhì)對環(huán)境的污染小，使用的安全性能更好，在電池市場中倍受青睞。近幾年，發(fā)展的趨勢是通過納米粒子(常用的無機填料有SiO2、Al2O3)改性共聚或共混等手段，得到有較高孔隙率較低電阻較高抗撕裂強度較好抗酸堿能力和良好彈性的電解質(zhì)膜。

固態(tài)電解質(zhì)

固體電解質(zhì)一般又稱為快離子導(dǎo)體，要求具有較高的離子導(dǎo)電性、低的電子導(dǎo)電性和低活化能。說實話，我覺得固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)該是鋰離子電解質(zhì)的最終BOSS，其提出就是要解決現(xiàn)階段鋰離子電解質(zhì)的所有問題，所以發(fā)展目標(biāo)就是從根本上解決目前所使用的鋰離子電池安全性問題，提高能量密度、循環(huán)性、服役壽命、降低電池成本等等。

3.發(fā)展與展望

當(dāng)解決了金屬鋰枝晶和安全上的一些問題時，鋰金屬很可能成為鋰離子電池的最終負極材料。下圖是一篇文獻中從理論計算的角度上關(guān)于鋰離子電池的發(fā)展規(guī)劃，由鋰離子電池向鋰金屬電池，再到鋰燃料動力電池的轉(zhuǎn)化。

因此，基于這一點：對鋰離子電池而言，從能量密度逐年上升的角度考慮，可充放鋰離子電池今后的發(fā)展趨勢可能是：

采用高容量正極、高電壓正極，高容量負極的新一代鋰離子電池，如以LiNi1/2Mn3/2O4，xLi2MnO3(1–x)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2為正極，高容量Si基材料為負極的鋰離子電池。

以金屬鋰為負極的可充放鋰離子電池。氟化石墨(CF)n的工作電壓在2.9V，儲鋰容量為800mAh/g，Li/(CF)n電池具有較高的質(zhì)量能量密度，但是目前還無法循環(huán)。其它鋰離子電池，如Li/FeF3、Li/MnO2、Li/FeS2電池循環(huán)性、安全性等綜合性能還不能全面滿足應(yīng)用的要求。

預(yù)計首先實現(xiàn)的有可能是以金屬鋰為負極，采用現(xiàn)有鋰離子電池正極材料的可充放鋰離子電池。

最終發(fā)展的高能量密度電池應(yīng)該是以金屬鋰為負極，O2、H2O、CO2、S為正極的可充放鋰離子電池。