随着国内外新能源汽车产业的快速发展,作为核心部件的锂离子电池行业正在成为新的风口。本文列举了在锂电行业具有技术竞争优势的美国、日本、韩国、中国等国在锂离子动力电池方面的战略规划,分析了各国在技术路线上的差异。随后对锂电行业的发展趋势进行预测。研究发现,锂离子电池重点关注能量密度、成本、寿命;高镍多元材料将成为未来车用动力电池的主流正极材料体系;新体系固态锂离子电池将成为锂电行业新的研究方向。最后,从电池关键技术、市场发展、后续回收利用等三方面对我国锂电行业日后发展提出了几点建议。

锂离子电池的电化学阻抗谱（ EIS） 是研究电化学系统最有力的实验方法之一，在过去的20多年中，EIS被广泛应用于锂离子电池研究和生产领域，包括研究电极界面反应机理和容量衰减机制，测定相关电极过程动力学参数和电池的健康状态、荷电状态以及电池的内阻。本文分析了锂离子电池中电极极化过程包含的3个基本物理化学过程——电子输运、离子输运和电化学反应过程，探讨了每一基本物理化学过程包含的步骤及其EIS谱特征，详细论述了与电子输运相关的基本物理化学过程——接触阻抗和感抗产生的机制；介绍了多孔电极理论及其在锂离子电池中的应用，阐述了基于多孔电极理论进行阻抗谱数值模拟的建模原理与方法。综述了石墨、硅、二元3d过渡金属氧化物、LiCoO2、尖晶石LiMn2O4、LiFePO4、尖晶石Li4Ti5O12、过渡金属氟化物材料等电极的典型阻抗谱特征和各时间常数的归属问题。最后讨论了EIS现存的问题及未来的发展方向。

电致变色和电化学储能的原理均是基于电荷在电极中的嵌入或脱出而发生的氧化还原反应，具有相同的电化学本质。将电致变色和电化学储能功能集成在一起的电化学器件即电致变色储能器件。以锂离子电池为代表的电化学储能器件已广泛商业化，单一功能的电致变色器件也已被广泛报道并有商业化应用，但有关电致变色储能器件的研究仍然停留在实验阶段。该类器件在电化学储能的同时，可以改变其在可见光甚至红外波段的透射率，并可用颜色指示器件的荷电状态，为电化学器件提供新的应用前景。电致变色储能器件主要包括电致变色超级电容器、电致变色电池和光驱动电致变色智能窗等。电致变色超级电容器和电致变色电池以同时具有电致变色效应和电荷存储性质的材料为正负电极，光驱动电致变色智能窗则还包括将光能转化为电能的光电转换部分。这些器件可用于建筑节能智能窗、静态显示、智能传感等。此外，在柔性基底上制备的可穿戴电致变色储能器件在智能服装、植入显示器和电子皮肤等方面具有应用潜力。本文从基本原理、研究进展和应用领域等方面对无机电致变色储能材料与器件进行综述，并提出未来的研究展望。

随着低比容量硅碳复合材料(<500 mAh/g)在锂离子电池中的商业化应用，硅基负极材料也从实验室研究走向了产业化发展。近年来的研究工作中，许多方法被用来解决硅在循环过程中体积变化(>300%)所带来的一系列问题。在材料结构方面，从最初的硅材料纳米化、硅与其他材料复合等技术手段转变到了硅碳复合材料二次颗粒的结构设计、表面包覆层设计等方法；在应用性能方面，除了早期文献报道的材料比容量、循环性能等参数外，还增加了材料比表面积、振实密度、首次及循环库仑效率等更符合电池实际应用要求的性能参数研究，从而极大地推动了硅基负极材料的商业化应用进程。本文首先综述了近年来硅碳复合材料组成、结构设计的发展脉络，进一步分析了由石墨、软碳、硬碳、碳纤维和石墨烯等碳源合成的硅碳复合材料的结构特点，并对其电化学性能进行分析对比，总结了碳在硅碳复合材料结构及其性能上发挥的作用。最后，对硅碳复合材料制备过程中的结构设计要求和碳材料的选择进行了分析和展望。

高安全高电压电解液的开发是锂离子电池电解液发展的重要方向。有机硅化合物由于具有独特的理化性能，使其成为锂离子电池电解液领域的研究热点之一。本文综述了有机硅电解液的研究进展，重点从功能分子设计的角度介绍含碳酸酯基、氨基甲酸酯基、腈基、离子液体、含氟类的有机硅功能电解液溶剂制备及电池性能表现；详细阐述具有结构多样性的有机硅化合物用作高电压添加剂、高安全添加剂、高/低温添加剂、储存/耐自放电添加剂、吸酸吸水添加剂及其在不同电池材料体系中的应用。最后，对有机硅电解液的研究趋势和应用前景进行了展望。

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi0.5Mn1.5O4（4.7V）、LiNiPO4（5.1V）和富锂锰基等电极材料在较高的充电截止电压下表现出较高的能量密度和较低的成本,具有很好的应用前景。另外,提高LiCoO2和三元电池体系的充电截止电压是提升电池能量密度的简单有效措施。但是,当电池充电截止电压提高时,不仅会造成电解液在正极/电解液界面的氧化分解,还会加速正极中金属阳离子在电解液中的溶解,造成电池循环性能和安全性下降。采用不同的正极界面修饰用电解液添加剂,既可以有效钝化正极/电解液界面,抑制电解液的分解,还可以有效抑制正极结构的破坏。本文从添加剂的分子结构出发,介绍了磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂在正极界面的相关研究成果,并对不同添加剂的作用机理进行了详细的解释和归纳；另外,介绍了添加剂的联用技术在不同电池体系中的最新研究成果；最后,对新型正极界面修饰用电解液添加剂的开发进行了展望。

硅由于其超高的理论比容量有望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅在充放电过程中巨大的体积膨胀(～300%)会导致材料粉化从集流体上脱落,同时不断形成固相电解质层,造成不可逆容量损失,而材料纳米化和碳复合是解决这些问题的有效手段。本文介绍了硅在循环过程中容量衰减机理,并综述了硅纳米粒子与碳材料复合的最新进展,主要包括包覆型、核壳型以及嵌入型硅碳负极材料,并对核壳型与嵌入型做了重点探究,最后对硅纳米粒子/碳复合材料存在的问题进行分析并展望其研究前景。

以钛酸丁酯和氢氧化锂为原料,采用十六烷基三甲基溴化铵辅助水热然后在500℃下煅烧的方法合成颗粒直径约为4μm的"微纳结构"钛酸锂微球（LTOS）；通过改变煅烧时间调控LTOS的孔结构和初级晶粒尺寸,并研究LTOS微观结构与其电化学性能之间的关系。结果表明:煅烧时间延长,LTOS的比表面积和介孔孔容均增加,当煅烧时间超过8 h时,LTOS的棒状初级晶粒才开始出现明显长大；当煅烧时间为8 h时,LTOS的初级晶粒尺寸约为50 nm,比表面积为82 m2/g,总孔容为0. 598 cm3/g,其在5C充放电倍率下的可逆容量为189 mAh/g,经500次循环后可逆容量仍为169 mAh/g,当放电倍率达50C时可逆容量仍达158 mAh/g,表现出良好的循环性能和倍率特性。

三元镍钴锰正极材料是一类非常重要的正极材料,具有性能优于钴酸锂而成本远远低于钴酸锂、能量密度远远高于磷酸铁锂等重要优点,正在逐渐成为汽车动力电池的主流正极材料。但是,三元镍钴锰正极材料也存在循环稳定性不足、大电流密度放电性能不佳等问题。围绕解决这些问题并进一步提升三元镍钴锰正极材料的性能,近年来国内外在材料制备技术以及改性技术方面开展了大量的研究工作,取得了若干令人瞩目的研究成果。本文从材料制备方法、包覆修饰和掺杂改性三个方面,介绍了三元镍钴锰正极材料制备技术及改性技术的研究进展,在此基础上,对三元镍钴锰正极材料的未来发展方向作出展望。

锂离子电池从出现到今天一直充当着能量存储的重要角色,当今社会几乎各行各业都有锂离子电池的应用,锂离子电池剩余电量(SOC)测量系统承担着电池SOC数据测量、显示、传递等功能,锂离子电池SOC测量系统的精度很大程度上影响着锂离子电池寿命。首先介绍本系统采用库仑计的方法测量电池SOC原理,先使用STM32的ADC测量分别串联在锂离子电池充电、放电回路的两个定值小电阻,得到两个电压值然后间接得到两个回路的电流并对电流进行滤波,最后两路电流对时间进行积分并作差得到锂离子电池SOC,对系统进行建模仿真。然后在STM32开发板上进行试验并对结果进行分析,实验结果表明:该系统测量锂离子电池SOC精度远远高于普通电压法测SOC。因此,本系统测量锂离子电池SOC的方法在实践中具有可行性和可推广性。最后对提升系统测量精度的方法进行总结。

为了精确识别电动汽车锂离子动力电池的关键状态参数，基于多孔电极理论和浓度理论，建立了一种考虑液相动力学行为的锂离子电池扩展单粒子模型.相较于传统单粒子模型，该模型增加了对负电极表面固体电解质界面膜参数的描述，并考虑了温度和液相浓度变化对锂离子电池关键参数的耦合影响.基于所建立的扩展单粒子模型，提出一种简化的参数灵敏度分析方法和有效的锂电池参数识别策略，用以确定特定工况下的高灵敏度待识别参数，进而利用遗传算法实现参数的优化求解.最后，通过对比分析本文模型和传统单粒子模型的仿真输出电压和相同工况下电池的实验输出电压验证了提出模型和参数识别方法的有效性和可行性，为电池管理系统的健康状态估计提供了理论基础.

V2O5具有独特的层状结构，适合于锂离子的存储，与传统的锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料相比，具有高的理论比容量、功率密度以及价格低廉、原材料丰富等优势，在作为锂离子电池正极材料方面备受关注。但V2O5低的固有电导率及锂离子扩散系数，导致其容量保持率低和倍率性能差；此外，充放电过程中反复的相变会引起结构的不稳定，而且氧化钒会部分溶于电解液，因此表现出差的循环性能。正是由于这些制约因素的存在，对V2O5的固有缺陷进行改性研究以提高氧化钒正极材料的电化学性能成为重要的研究热点。将氧化钒进行纳米化以增大比表面积和缩短离子扩散距离，同时通过复合、掺杂改性等方法提高材料的导电性和循环稳定性，从而使V2O5正极材料表现出优异的电化学性能成为可能。文章从氧化钒电极材料纳米化，在纳米化的基础上复合导电材料，调节工作电压窗口，掺杂金属离子这四类方法阐述对氧化钒电化学性能的改善，以及各种方法对电极电化学性能的影响。

用直流电弧等离子体法制备金属钼纳米粉体再使其与赤磷发生固相反应,用两步法制备出磷化钼纳米粒子。使用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等手段表征磷化钼纳米粒子的结构并进行了电化学性能测试。结果表明,MoP纳米粒子呈球状,粒径为20～50 nm；在电流密度为100 mA/g的条件下MoP纳米粒子负极材料的首次放电比容量达到746 m Ah/g,50次循环后放电比容量为241.9 mAh/g；电流密度为2000 mA/g时放电比容量为99.90 m Ah/g,电流密度恢复到100 mA/g其放电比容量仍然保持247.60 mAh/g。用作锂离子电池的负极材料,MoP纳米粒子具有优异的稳定性和可逆性。

电池荷电状态(state-of-charge,SOC)受到温度、充放电倍率、循环寿命等因素的影响,扩展卡尔曼滤波(EKF)估计电池SOC常用方法之一。针对传统扩展卡尔曼滤波电池SOC估计方法存在的观测方程误差影响SOC估算精度的问题,考虑温度、充放电倍率等因素对观测方程误差的影响,结合模糊控制理论,提出了基于模糊控制的扩展卡尔曼滤波SOC估计法。该方法建立Mamdani型模糊控制器,以温度和充放电电流作为模糊控制器的输入,观测矩阵修正系数作为模糊控制器的输出实时改进滤波过程。仿真结果表明基于模糊修正的扩展卡尔曼滤波法可以提高SOC估计精度,减小由观测方程误差造成的SOC估算误差,在实际工况中,具有较强的适应性。

以商品化纳米硅粉和沥青为原料,采用喷雾干燥热解法制得Si@C复合物.将Si@C复合物和人造石墨混合,制得Si@C/G硅碳复合材料作为锂离子电池的负极材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学测试等方法,对Si@C复合物和Si@C/G复合材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,当硅碳复合材料中Si@C复合物和石墨的质量比为15∶85时,在100mA/g的恒电流下,首次放电比容量为695.4 mAh/g,首次库仑效率为86.1%,循环80周后容量仍有596.6mAh/g.

在我国进入21世纪快速发展的新时期，新能源汽车是汽车发展的重要方向之一，动力电池作为新能源汽车的核心部件，其技术发展水平对于新能源汽车的发展和规模化应用具有重要意义．文中综述了新能源汽车中的锂离子动力电池技术的发展现状，开展了锂离子动力电池的正极材料、负极材料、电解质材料及隔膜材料的发展现状探讨与前景分析．分析表明，为了实现更高的能量密度以及提高安全性，正负极材料的发展重点是基于现有材料的纳米化、结构化;以及寻找能量密度更高的正极材料作为替代。液态电解质的安全性是锂离子电池的研究重点以及未来发展需要重点解决的问题之一，通过对电解质界面研究的深入，可以有效提高电池的安全性和性能。此外固态电解质的发展可以提高电池的安全性，但是目前固态电解质的研究还处于实验阶段．隔膜材料从单一的聚合物发展到到纳米涂层复合结构，重点在于进一步提升离子通过能力，化学稳定性和机械性能。

本文深入探讨了纳米材料在高性能锂离子电池中的应用及其对电池性能优化的贡献。锂离子电池作为现代能源存储技术的核心，其性能的提升对于推动电动汽车、便携式电子设备及可再生能源存储系统的发展至关重要。纳米材料因其独特的物理和化学性质，如高比表面积、优异的导电性和电化学活性，在提升锂离子电池的能量密度、循环寿命及动力性能方面展现出巨大潜力。本文综述了纳米材料在锂离子电池正极、负极及电解质中的应用实例，分析了纳米化处理对电池性能的影响机制，并提出了相应的性能优化策略。

锂离子电池具有循环寿命长、无记忆效应、比能量高等许多独特的优点，在人们生活中的作用日益重要，如今锂离子电池已广泛应用于电子消费产品，如手机、数码相机、便携式笔记本电脑等。同时，锂离子电池被认为是电动汽车的理想电源。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，影响着锂离子电池的许多性能。本文笔者探讨了锂离子电池负极材料的相关应用。

碳负极材料是锂离子电池的最佳负极材料。通过碳材料微观结构的设计，可以显著提高锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命，满足新能源汽车对动力电池的要求。与传统石墨阳极材料相比，硬质碳具有锂容量高、倍率性能好、循环寿命长等优点。通过改变碳源和优化制备工艺，研究人员先后制备了一系列结构独特、性能优异的硬碳材料。在综述硬碳基锂离子电池正极材料最新研究进展的基础上，总结了不同碳源制备硬碳材料的研究工作，并简要分析了硬碳微观结构对锂离子电池材料性能的影响。最后，总结并指出了该领域需要解决的问题和未来的发展方向。