（2）研發基于剪紙藝術的彈性可伸縮鋰離子電池。2015年6月11日，美國亞利桑那大學電子專家姜漢卿領導的一個研究小組，在《科學報告》期刊網絡版上發表論文稱，他們基于剪紙技藝，發明了一種彈性可伸縮電池。它能在保持功能的情況下，伸展到原始尺寸的150%以上。該新電池可以用來為智能手表供電，能夠很容易就結合到手表的彈性腕帶中，未來在開發同類設備時，或將替代剛性電池和塊狀電池。

彈性可伸縮能量存儲裝置適用于多種“不可能的任務”，一些傳統電池所不能涉及的設備，都將能由這種新型電池來進行驅動。一直以來，研究人員在開發這種新電池時采用了很多種方法，包括也曾想到用折紙的概念來生產可折疊電池。然而，基于折紙技術的設備只能在一個平面上折疊，而且形成的表面十分不平整。

現在，這些問題被該研究小組解決了。他們設計的鋰離子電池，使用了剪紙藝術——這本是折紙技藝的一種，現在卻結合了其中折疊和剪裁的技術，生產出全新的電池，使其能在保持功能的同時伸展到原始長度的150%以上。作為試驗，研究人員把電池原型縫進智能手表的松緊帶里，當電池伸長的時候，它仍能給手表供電。

這種靈活的電池，將助力可拉伸電子裝置的設計與制造。研究人員提出，新電池顯示出在便攜可穿戴設備上的潛力，特別是在開發緊湊型可穿戴設備的過程中，用它替代剛性電池和塊狀電池是非常合適的。

（三）開發大容量高性能的鋰離子電池

1.研制大容量鋰離子電池的新進展

（1）推出電池容量大幅提高的新型復合鋰離子電池。2005年2月，日本媒體報道，迄今為止，人們一直是通過電池的使用壽命來體現其體積和功能之間的平衡。索尼公司于近日在業內推出一種新型復合鋰離子充電電池，使這種平衡達到新一階段的極致。

與常規鋰離子電池相比，這種新型電池使用了非晶錫陽極材料，可使每單位體積的容量提高30%。索尼在最初將把該電池用于其攝像機產品的電池組來銷售。

與常規電池陽極采用石墨材料不同的是，索尼結合了非晶錫陽極材料，將每單位體積的鋰離子存儲容量提高50%，從而使電池的總容量提高30%。

索尼能源公司副總經理介紹說：“索尼自1991年開始，銷售鋰離子備用電池以來，通過增強陽極使用的碳和其他材料的性能以及電池結構的改善，電池容量提高了1倍還多。新開發的非晶錫材料是一種高容量的陽極材料，將使我們的電池在新一代鋰離子備用電池中處于領先地位。我們將通過技術開發來進一步提高電池的容量，使產品具備更高的性能和更長的使用壽命。”

盡管錫和硅或這兩種元素的混合物可使鋰離子充電電池具備很高的容量，但在充電或放電過程中，其顆粒形狀的變化傾向都很強烈，這就要求改進電池重復使用的衰變特征。索尼開發的非晶錫陽極，結合新型陰極、電解液和電池結構，促成了新一代鋰離子電池的誕生，使之具備了更高的耐久性和容量。另外，該電池改善了充放電特性，縮短了低溫條件下的充電時間。

具體說來，這款復合鋰離子充電電池具有四大特征。

一是非晶錫陽極。新開發的非晶錫陽極材料包含了多種元素，如錫、鈷、碳等，這些元素以納米大小進行混合，而這與使用軟質碳和硬質碳及石墨的常規電池相反。通過在錫混合物中添加多種元素，研究人員能夠最大限度地減小這些元素在充放電時的形狀改變，解決了重復使用性方面的問題。與常規石墨陽極相比，這可以將每單位體積的鋰離子密度，顯著提高50%。

二是多級復合陰極。在陰極，鈷、鎳、鎂等多種金屬離子以優化后的原子比例，呈晶體結構結合在一起，形成了多金屬氧化材料，然后將這種材料添加到經過同樣優化、高溫高阻抗的鋰質材料中。通過推出多級復合陰極，這種電池在同樣的充電電壓下，實現更高的電池容量。同時還避免過度放電，增強可靠性。

三是增強低溫條件下的特性。在0℃或室溫（25℃）條件下，可使充滿電的這種電池放電90%。另外，零下20℃的放電量被提高了40%（常規電池的放電量為450毫安時），從而延長了雪天和冬季的攝錄時間。

四是充電效率的提高。該電池可以在30分鐘左右的時間里充電90%。與常規電池的石墨陽極相比，非晶錫陽極提高了鋰離子的親和性，與常規電池相比，充電效率提高了20%。

（2）研發出大容量圓筒形的鋰離子電池。2009年12月，日本媒體報道，松下電器產業公司近日開發出新型鋰離子電池，其容量達4安時，可應用于電動汽車、筆記本電腦等各種設備。

報道說，松下公司使用鎳系材料作為電池的正極，負極則采用硅系合金開發出的這種大容量圓筒形鋰離子電池，其容量比現有產品高近30%。

據介紹，這種鋰離子電池可連接成模塊，充當電動汽車的動力源或家用蓄電池。這種新型電池連接成模塊后，其一次充電后可將電動汽車的續航里程延長約35%。

鋰離子電池是目前眾多移動設備不可或缺的電源。與其他蓄電系統相比，使用鋰離子電池的蓄電系統具備輕便、大容量等優勢，其前景被普遍看好。據悉，松下公司希望在三年后批量生產這款鋰離子電池。

2.研制高性能鋰離子電池的新進展

（1）開發出具有強大導電性的固態鋰電池。2011年8月，日本一個開發鋰電池的研究小組，在《自然·材料學》上發表論文說，他們開發出一種能像電解液一樣產生電流的固態電介質，并用其制造出了固態鋰電池，其導電性可達到現有液態鋰離子電池的水平。研究人員表示，由于固體更緊密堅固，這種高導電性的固態鋰電池能在更寬的溫度范圍下供電，抵抗物理損傷和高溫的能力更強。

鋰離子電池由于能效密度高、再充性能好、使用損耗小等優點，普遍用于消費電子領域和電動汽車。目前高能效、高密度的化學電池，只能靠液態電介質才能實現，而液態介質比較脆弱，需要給電池附加多重安全防護措施，這就使得大型電池系統既復雜又昂貴。而現有的固體電介質實際電導率很低，只能達到液態電解液的1/10左右，對溫度變化較敏感，工作溫度限制在了50～80℃范圍。

研究小組開發的稱為鋰“超離子”導體的新材料，仍然用鋰作離子導體，但給它們涂了一層晶體結構層，天然晶格就成了允許離子通過的小孔，外層結構生成了讓離子能夠運動的通道。他們對這種固態鋰電池進行了測試，發現其在導電性能上達到了現有液態鋰離子電池的水平，而且新電池能在-100～100℃的溫度范圍內工作。

研究人員指出，這種固態電介質電池在制造上易于成型、模壓和組裝，制造工藝更加簡單而廉價，穩定性好不揮發。如果大量生產，有望降低消費型電子設備的價格，尤其是在電池就占了近一半成本的電動汽車領域。

（2）研制出具有高度靈活性可噴涂在任何物體表面的鋰離子電池。2012年6月28日，美國萊斯大學一個研究小組，在《自然》網絡版上發表研究成果稱，他們開發出一種幾乎可以噴涂在任何物體表面上的鋰離子電池。這種可充電電池組成的噴漆，每一層都代表著傳統電池的組件。

傳統的鋰離子電池，把活性層包裝進筒式或其他便攜式容器里，而該研究小組找到一種方法，可將其涂到任何物體表面之上，從而開啟了可以把物體表面變成存儲設備的可能性。

研究人員表示：“這意味著，傳統包裝的電池已經讓位于更為靈活的方法，增加了各種新的存儲設備的設計和集成的可能性。最近以來，很多人有興趣用改進外形因素的方式，創造新式電源，而這種噴涂電池朝這一方向前進了一大步。”

該材料可以噴刷到浴室的陶瓷磚、柔性聚合物、玻璃、不銹鋼甚至啤酒杯上。在最初的實驗中，將幾個基于浴室瓷磚的太陽能電池并聯連接，它可以把實驗室中的光轉換成電源。電池可單獨給一套發光二極管供電6個小時，同時電池提供了穩定的2.4伏電壓。研究報告稱，手涂電池在±10%的目標內，其性能顯示出一致性；在經過60次充放電循環后，其容量只有非常小的下降。

該研究小組比較艱苦地用數個小時制定配方、混合和測試這種包含有5層結構的涂料，這些層面分別是兩個電流集電器、陰極、陽極和在中間分隔的聚合物。每一層都經過優化處理。首先，正電流收集器是一種純化的單壁碳納米管與炭黑粒子分散于N-甲基吡咯烷酮的混合物；二是陰極中包含鈷酸鋰、碳和超細石墨粉末黏合劑；三是KynarFlex樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅聚合物分離涂料分散混合在溶劑中；四是陽極里含有鋰鈦氧化物和黏合劑中的超細晶混合物；最后一層是負電流收集器，采用市售的導電銅漆，可用乙醇稀釋。

研究人員說：“最難的部分是實現機械穩定性和使分離器發揮關鍵的作用。研究發現，納米管和陰極層黏著得很好，而如果分隔器沒有機械穩定性，將會剝離基板。添加聚甲基丙烯酸甲酯可以給予分離器正向的附著力。一旦經過噴涂，瓷磚和其他物品被注入電解液，熱封后會帶電。”

研究人員已經申請了技術專利，并打算繼續完善。他們正在積極尋找在露天更容易創造噴涂電池的電解質，并且他們還設想將這種電池設計成鎖扣式瓷片，以采用任何數量的方式配置瓷磚。

（3）開發出智能水平高，會自動報警的鋰離子電池。2014年10月，有關媒體報道，鋰離子電池會為人們的筆記本電腦、移動電話和電動汽車提供能源。它們是緊湊和可充電的，但是也存在一個巨大的缺點：這些電池偶爾會突然起火。2013年，兩架飛機上的鋰離子電池著火后，波音公司停飛了全部機群。

現在，材料科學家找到一個聰明的方法，能夠在危險發生前向受損電池使用者發出警告。相關研究成果發表在《自然·通訊》雜志網絡版上。

一塊典型的鋰離子電池，包括氧化鋰陰極和石墨陽極，它們被一片極薄的多孔聚合物薄片分離，這個薄片允許離子在電極之間游走。當電池被過度充電時，被稱為“樹枝晶”的鋰的微觀鏈條會從陽極萌發出來，并刺穿聚合物分離器，直到它們接觸到陰極。

穿過樹枝晶到達陰極的電流，能使電池發生短路，從而引起電池過熱，有時會發生火災。嘗試阻止樹枝晶形成，可以減少發生火災的可能，因此研究人員在嘗試一些不同的東西。

科學家制造了一個“智能”分離器——在兩個聚合物薄片中間，加入一個50納米厚的銅薄片，并且將銅薄層與第三電極相連。當樹枝晶到達分離器時，陽極和銅層間的電壓會降為零，這會警示使用者及時更換受損電池，以避免危險。

（四）開發用于電動汽車的鋰離子電池

1.研制儲能容量大的車用鋰離子電池

著手研發單次充電的儲能可跑500千米的電動車鋰電池。2012年6月，以色列一家網站報道，以色列正在抓緊開發，單次充電滿足500千米行車能耗的鋰電池，并把它作為新成立的國家電化學推進中心的主要研發任務。

2014年4月，以色列成立國家電化學推進中心，它已獲得1170萬美元的國家財政預算支持。該中心由100名研究人員構成，被分成12個小組。他們分別來自特拉維夫大學、以色列科技學院、巴伊蘭大學、艾瑞爾撒馬利亞中心大學4個學術機構。成立該中心的唯一目的，是研究和開發能夠更加有效存儲電能的新技術。

該研究中心主任、巴伊蘭大學化學系多倫·烏爾巴赫教授稱：“由于政治上的原因以及將來的短缺問題，石油沒有未來。政治家的心態已經發生變化，這種變化已經滲透到汽車行業，最后到電池生產商。他們都希望采用電動汽車。事實上，如今電動汽車已經能夠行駛150千米，這對于一般的以色列人已經足夠，但他們仍然想要增加電動汽車的行駛里程。”

烏爾巴赫解釋說：“現代電化學學科的最大成功，是發明可充電的鋰離子電池。這是適合電子設備的好電池，但對于一輛汽車而言，可能需要許多這樣的電池才行。如今，BetterPlace在其電動汽車上，所使用的電池重達300千克，足以滿足電動汽車行駛150千米的能耗。我們的目標是在不增加重量和體積的前提下，增加其存儲電量。”

電動汽車生產商經常會遇到的一個問題，是電池放電速度受限，換言之，電池必須在更短時間內釋放更多電能，這是電動汽車提速所需的。因此，該中心正在努力開發超級電容器，可以在預定時間內供應所需的能量。

這些電容器，能夠為電能存儲提供一套解決方案。高端先進的電池，可以減少對用于生產電能的石油、煤及天然氣的依賴性。太陽能和風能無法持續供應大量電能，這意味著能量存儲，是可再生能源發展中的主要挑戰之一。

2.開發制造成本低的車用鋰離子電池

（1）開發出石墨負極材料的低成本車用鋰離子電池。2009年4月，日本昭和電工對媒體宣布，大型鋰離子充電電池用石墨做負極材料開發成功，并已開始銷售。因日本國內外多款電動汽車的大型鋰離子充電電池已決定采用，所以銷售已經開始。汽車鋰電池負極材料用石墨制作，可以降低能耗，降低制造成本，產品性能也更加穩定。