鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池（LIB）和聚合物鋰離子電池（PLB）兩類。它以含鋰的化合物作正極，如鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）或磷酸鐵鋰（LiFePO4）等二元或三元材料；負(fù)極采用鋰-碳層間化合物，主要有石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰等；電解質(zhì)由溶解在有機(jī)碳酸鹽中的鋰鹽組成的。其工作原理如圖6所示，充電時(shí)，鋰原子變成鋰離子通過(guò)電解質(zhì)向碳極遷移，在碳極與外部電子結(jié)合后作為鋰原子儲(chǔ)存，放電的時(shí)候整個(gè)過(guò)程可逆。
與其他傳統(tǒng)蓄電池相比，鋰離子電池具有比能量高、額定電壓高、大電流放電能力強(qiáng)、高功率承受力、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，其比能量（200Wh/kg）達(dá)到了鉛酸電池的5倍左右，單體工作電壓為3.7V或3.2V，循環(huán)壽命在淺充放模式下可以達(dá)到3000~5000次，儲(chǔ)能效率可以達(dá)到90%以上。但鋰離子電池耐過(guò)充/放電性能差，組合及保護(hù)電路復(fù)雜，成本相對(duì)于鉛酸電池等傳統(tǒng)蓄電池偏高，這些因素制約了鋰離子電池在大型動(dòng)力和儲(chǔ)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著新能源汽車、可再生能源及分布式電站技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池在新能源汽車、可再生能源接入及小型分布式電站方面的應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。
二、關(guān)鍵技術(shù)
電極材料是鋰離子電池的主要關(guān)鍵技術(shù)，與電池成本和性能密切相關(guān)。鈷酸鋰電池由于材料價(jià)格昂貴、安全性差而被放棄用于大功率大容量的應(yīng)用。錳酸鋰電池有低成本、高性能的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品安全性較鈷酸鋰電池高，是熱門的電動(dòng)汽車電池備選技術(shù)。磷酸鐵鋰電池具有較穩(wěn)定的氧化狀態(tài)，安全性能好，高溫性能好，同時(shí)又具有無(wú)毒、無(wú)污染、原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，是目前最熱門的電動(dòng)汽車電池技術(shù)之一，也是電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱門候選技術(shù)之一。對(duì)于用于大規(guī)模儲(chǔ)能的鋰離子電池，其關(guān)鍵技術(shù)還包括電池系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)技術(shù)、電池系統(tǒng)的集成和成組技術(shù)、電池組測(cè)試技術(shù)等。
三、應(yīng)用現(xiàn)狀
鋰離子電池的概念是在1960年代提出的，當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出一種可以替代鋰金屬電極的碳陽(yáng)極，從而使這個(gè)想法變成了現(xiàn)實(shí)。自1991年索尼公司成功實(shí)現(xiàn)鋰離子電池商業(yè)化后，鋰離子電池在電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著材料和電池技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電池、國(guó)防軍工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。目前，日本的索尼、三洋（已和松下合并）、日產(chǎn)AESC公司、韓國(guó)三星SDI和LG化學(xué)等都在大力發(fā)展錳酸鋰電池。美國(guó)的A123公司在2008年率先開(kāi)發(fā)出2 MW的鋰離子儲(chǔ)能電池，Altair Nanotechnologies公司已建立1 MW/250 kWh的拖車式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前，全球已有約18 MW鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，用于工程示范或電網(wǎng)服務(wù)。以比亞迪、力神、比克等企業(yè)為代表的中國(guó)企業(yè)積極投入了鋰電池的研發(fā)和生產(chǎn)，并取得良好進(jìn)展。國(guó)家電網(wǎng)公司在上海世博會(huì)期間建成了100 kW鋰離子電池示范系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，由國(guó)網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院主持、發(fā)改委投建的張北“國(guó)家風(fēng)電監(jiān)測(cè)研發(fā)中心”，擬用18MW鋰離子電池試驗(yàn)儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電及其電網(wǎng)接入的作用。南方電網(wǎng)已建成4MW鋰離子電池儲(chǔ)能示范電站，其主要功能定位為移峰填谷。
四、發(fā)展趨勢(shì)
在鋰離子電池研究方面，主要是通過(guò)控制粒子的尺寸、組份、結(jié)構(gòu)及形態(tài)，以提高電池的電極及電解質(zhì)的性能。在電極材料研究方面，主要是與碳涂層技術(shù)相結(jié)合，將電化學(xué)活性材料降至亞微米或更小尺寸以實(shí)現(xiàn)核殼形態(tài)的電極。其他新技術(shù)，包括納米合金負(fù)電極鋰電池、基于硅的鋰電池、有機(jī)電極材料鋰電池以及鋰空電池也陸續(xù)出現(xiàn)。
