锂离子动力电池发展现状及应用分析开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

伴随着经济全球化进程和化石燃料的大量使用,环境污染和能源短缺的问题日渐突出。为了减少化石燃料使用过程的污染,发展风、光、电可持续再生能源及新型动力电池和高效储能系统,实现可再生能源的合理配置及电力调节,对于提高资源利用效率、解决能源危机和保护环境都具有重要战略意义。锂离子电池具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点,是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源[1]

在锂离子电池商业化之前,上世纪70年代在埃克森工作的,而现在在宾汉顿大学工作的M.S.Whittingham最早提出锂离子电池。他采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂离子电池[2]。到1989年,A.Manthiram和古迪纳夫发现采用聚电解质(例如,硫酸盐)的正极将产生更高的电压,原因是聚电解质的电磁感应效应[3]。随后锂离子电池进入商业化时代:1991年–索尼公司和旭化成公司发布首个商用锂离子电池。之后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。2015年–特斯拉汽车公司推出的Tesla Powerwall和PowerPack电池,分别用于住宅和商业用途。

我国是在80年代初期开始进行锂离子电池的开发研制工作的,1995年的年产量大约为3100万只,进入2001年以后,随着深圳比亚迪、比克、邦凯、天津力神等锂离子电池企业的迅速崛起,我国的锂电池产业开始进入快速成长阶段2004年达到8亿只,在全球市场的份额猛增长38%,仅次于日本。在其后的几年间,我国的锂离子电池全球份额稳定在30%左右。经过十几年的飞速发展,2011年中国锂离子电池的年产量已达到近23亿只,产量在16年间增长了70倍[4]

随着锂离子电池的诞生及其在数码产品领域的广泛应用;人们对化石燃料的燃烧污染和资源枯竭的忧虑感增强,综合促动了电动车开始以锂离子电池作为动力源的方向发展,并受到市场关注和政策的不断支持。近些年来,物联网、无人驾驶等技术飞速发展,电动车作为零排放低噪音的汽车,正是这些高新技术的最佳载体,吸引各个国家各大车企竞相发展。动力类锂离子电池于此同时脱胎于数码类电池,开始了快速的技术更新和产品迭代,能量密度、寿命等关键性能指标不断提高,逐步可以满足纯电动车市场的技术需求。锂离子电池的科学研究和产业化不断深入,其作为核心技术指标的质量能量密度每年以至少8%以上的速度增长,目前商品化的锂离子动力电池的能量密度已经能够做到250W·h·kg-1 以上,配套的纯电动车的续航里程已经能够达到 300 km 以上,基本满足日常出行的需求。在纯电动车领域,锂离子电池已经是目前动力电池技术的主流解决方案,并得到科学领域的广泛研究和产业链的协调发展。

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