不同材料和结构特点会对电池制备技术与安全性造成哪些影响？

从目前使用的锂离子电池主流技术来看，主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和聚合物几种类型，它们的不同材料和结构特点会对电池制备技术与使用造成影响，从而带来的安全性也有不同。

　　一、钴酸锂电池：在制备上的最大特点是，在充满电后，仍有大量的锂离子留在正极。也就是说，负极上容纳不了更多的附着在正极上的锂离子，但在过充状态下，正极上多余的锂离子仍会向负极游动，因不能完全容纳便会在负极上形成金属锂，由于这种金属锂是树枝状的晶体，因而被称为枝晶，枝晶一旦形成，就会给刺穿隔膜提供机会。隔膜刺穿将形成内部短路。由于电解液的主要成分是碳酸脂，闪电和沸点较低，这样，在温度较高的情况下就会燃烧甚至爆炸。控制锂枝晶的形成在小容量锂电池上比较容易，因此，钴酸锂电池目前仅限于便携式电子设备等小容量电池，而不能用于动力电池。

　　二、聚合物锂电池：在实际可用的理论比能量上有极大的提高，相对于钴酸锂电池，可以更好地发挥高容量作用，但从材料上来说，聚合物电池也采用钴酸锂和有机电解液，所以并未根本解决安全性问题。从使用角度来看，电池如果发生短路将产生过大电流。聚合物锂电池的电解液为胶体，不易泄漏，也就排除了漏液的可能性，但将因此发生更猛烈的燃烧，因此，自燃是聚合物锂电池的最大隐患。

　　三、锰酸锂电池：锰酸锂电池的材料具有一定的优点，它可以保证在满电状态下，正极的锂离子可以完全嵌入到负极炭孔中，而不是象钴酸锂那样会在正极有一定残留，这就从根本上避免了枝晶的产生。这是从理论上来认识。实际上，锰酸锂电池如果遭遇强大外力作用或者制备过程中偷工减料都有可能造成电池在充放电循环过程中瞬间形成锂离子快速移动。在负极来不及完全接收锂离子的情况下形成枝晶。避免这一后果要从电池出厂时的测试来保证。总之，检测合格的锰酸锂电池一般不会发生安全事故。因为，锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远远低于钴酸锂，即使外部短路(而非内部短路)，也基本能避免析出金属锂引发燃烧和爆炸。

　　四、磷酸铁锂电池：这是一种理想的动力电池，可用于电动工具和动力汽车等，磷酸铁锂的理论容量是170mAh/g，做成材料的实际可达容量为160mAh/g。在安全性上，磷酸铁锂热稳定高，电解液氧化能力低，因而安全性高;但其缺陷是电导率低，需要改性技术来提高，结果，体积过大，电解液用量多。而且，由于容量大，电池的一致性较差，目前，磷酸铁锂技术还在研究中

锂电池目前的主要市场在于便携式终端设备的应用，譬如手机，笔记本电脑，这使得高容量一度成为锂电池开发的主攻方向，但在电动汽车和大型储电设备充分发展的背景下，锂离子电池研发的主要方向也呈现出多样化的趋势。

　　传统的移动终端市场，例如手机和笔记本电脑之所以要求电池高容量，是因为它们往往需要充电一次即可使用很长时间，使用起来更加方便。风靡全球的苹果iphone和ipad等就曾一度因一次充电后使用时间不长而遭到消费者批评，因此，在新款的the new ipad发布时，原有的6500mAh容量锂电池就改为使用14000mAh大容量锂电池。这件事情可以看作便携式终端用充电电池的研发以高容量为方向的证明，为此，甚至不惜牺牲寿命也要实现高容量，而对寿命的要求一般就是2年左右即可。

　　但是，在电动汽车时代到来后，锂离子电池研发的方向就就不再只是一味高容量的发展方向，现在的电动汽车主要包括混合动力车、插电式混合动力车和纯电动汽车三种类型。对于混合动力车而言，在加速和减速时需要大电力交换，因此，高功率型的电池较为理想。反之，纯电动汽车因为只靠动力锂电池提供电能，因此更需要大容量的支持，插电式混合动力车则介于二者之间

由此可以得知：在高功率锂电池要求上，混合动力车>插电式混合动力车>纯电动汽车;而在大容量锂电池要求上恰好相反，纯电动汽车>插电式混合动力车>混合动力车。当然，这是在不同电动汽车内部的比较，从整体上来说，电动汽车用锂电池在容量和功率上的要求比便携终端高出若干倍，同时也要求更高的寿命和安全性，如果不这样则无法进入产业化阶段。

　　固定装置用途的大型储能设施对比电动汽车的性能要求也是提高了若干倍，单从安全性来说，对于大楼蓄电系统及家用蓄电系统而言，必须具备发生火灾时不会燃烧的“高”安全性能，而电动汽车和便携终端用锂电池显然不具备这种要求。固定装置用途的储能设施内部也可以划分出不同的主要诉求。对用于夜间储电白天放电的高峰期转换为代表的电网电力而言，要求电池具备大容量，如楼宇系统用储能设施锂电池。而对于光伏发电和风力发电来说，就必须使用对输出功率变化具有较高耐性的高功率电池，因为受自然因素影响极大，这两种发电装置输出功率变化较大。

　　随着锂电池向大型机器应用的过渡和转变，使得锂电池自身要解决根本问题日渐多起来，因而出现了结合锂离子电池与传统双层电容器优点的锂离子电容器，也有开发新型氧化还原液流电池的新技术处于同步研发阶段，未来锂电池的道路还很远。