國外鋰-空氣電池研究的數據統計與情報分析

劉蘭蘭，張 發

(1.中國電子科技集團公司第十八研究所 天津300384；2.國網天津市電力公司東麗供電分公司 天津300300)

鋰-空氣電池具有極高的能量密度，是新一代高比能電池的研發熱點，有望應用于清潔能源、電動汽車及其他儲能系統，為緩解環境和能源壓力做出貢獻，因此一直以來受到研究人員的廣泛關注。為了解決鋰-空氣電池走向實用化過程中存在的缺陷及問題，國內外許多研究機構和研究人員對其進行了深入的分析。

本文對近幾年國外鋰-空氣電池的最新研究情況進行數據統計，并在此基礎上做了一定的情報分析，以期為國內研究人員的鋰-空氣電池研究工作提供一定的參考與幫助。

1 鋰-空氣電池技術

鋰-空氣電池是由鋰陽極及環境空氣中的氧電對構成的電池體系，鋰-空氣電池也歸類于鋰-氧電池，鋰-空氣電池中的氧氣通過空氣陰極進入電池中，其來源是無限的。理論上講，以氧氣作為陰極反應物，電池容量受到鋰負極限制。鋰-空氣電池具有最高的理論電壓和電化學當量(3800Ah/kg)，電池放電過程中消耗鋰及空氣中的氧、水，生成 LiOH[1]。但是，鋰-空氣電池的電極副反應、鋰片腐蝕、電解液分解和揮發[2]等問題都嚴重影響了它的實際應用。

2 關于研究情況的數據統計與情報分析

語義學者(Semantic Scholar)是由微軟聯合創始人Paul Allen創立的免費學術搜索引擎，其檢索結果來自期刊、學術會議資料以及學術機構的文獻[3]。通過使用語義學者搜索引擎，以“lithium-air battery”為關鍵詞，搜索自 2016年以來發表的文獻，截止時間為2019年3月15日，去除國內學者的研究文獻，共搜索到 97篇有效文獻。分別從發表時間、作者署名機構、機構所屬國家、發表文獻類別、發表文獻刊物和文獻主題內容方面對這些文獻進行了分類統計，隨后進行了情報分析。

2.1 時間分布分析

在發表時間分布上，2019年截止到3月共有3篇文獻，2018年共有 19篇文獻，2017年共有 36篇文獻，2016年共有 39篇文獻?？梢钥闯觯?016年與2017年研究文獻都比 2018年多出 1倍。由此可見，2016—2017年研究人員對鋰-空氣電池的研究工作比較多，研究活動比較活躍，而近 2年來的研究文獻比較少。這可能是因為鋰-空氣電池的研究難度較大，開始研究時成果較多，在此基礎上短時間內難以再取得較大突破。

2.2 機構分布分析

在鋰-空氣電池的研究機構方面，除了高等院校、科研機構等比較重視學術研究的機構外，還有豐田中央研究所、三星電子、IBM、陶氏、Liox Power等公司的研發中心相關人員對鋰-空氣電池進行研究，可知不僅有學術機構的科研人員在鋰-空氣電池的基礎科學方面進行了不斷地認知和探索，還有公司企業的科研人員在鋰-空氣電池實用化方面做出研究和努力。

2.3 國家分布分析

在發表文獻的作者署名機構所屬國家分布上，美國有 27篇文獻，韓國有 18篇文獻，日本、英國各有10篇文獻，以色列有 6篇文獻，德國、澳大利亞各有5篇文獻，瑞典有 3篇文獻，法國、意大利、奧地利、新加坡各有 2篇文獻，此外，西班牙、俄羅斯、土耳其、捷克、阿根廷各有1篇文獻。由此可以看出，研究鋰-空氣電池的國家分布比較廣泛，可知世界上許多國家的研究人員對鋰-空氣電池都比較關注，尤其是美國、韓國、日本、英國等經濟發達國家的研究人員對其投入了較多的精力，更加重視鋰-空氣電池的研究工作。

2.4 文獻類別分析

在檢索到的鋰-空氣電池的所有文獻中，除了期刊析出文獻外，還有一篇美國專利局公布的鋰-空氣電池的專利文獻，其申請人為加利福尼亞大學董事會，專利名稱為《環境條件下鋰-空氣電池正極防水石墨烯膜》。由此可知，對鋰-空氣電池的研究在防水石墨烯膜方面取得了階段性成果，說明鋰-空氣電池存在實際應用的可能性，對其研究具有必要性。

2.5 發表刊物分析

在發表刊物方面，檢索到的鋰-空氣電池文獻大部分都發表在 Nature和美國化學學會(ACS)的系列期刊上，Nature和美國化學學會系列期刊在國際上的影響力和地位都很高，相應地，在此類期刊上發表文獻的學術要求也比較高，如文獻的創新性，研究成果在某領域創造的價值和貢獻。由此可知，研究人員對鋰-空氣電池的研究取得了一系列研究成果，而且這些成果的影響力和價值都比較高，有利于促進鋰-空氣電池的發展。

2.6 主題內容分析

在主題內容方面，為了解決鋰-空氣電池商業化進程中的難題，包括電解液穩定性差、循環性能和倍率性能差以及充放電效率低等問題，研究人員主要圍繞著尋找高效催化劑、穩定的電解質和優化空氣電極設計進行的新材料的制備、理論計算和電化學表征等研究。這表明研究人員為了促進鋰-空氣電池早日實現商業化，目前的主要研究方向是催化劑、電解質和空氣電極的研究與設計，集中全力解決充放電循環中較高的過電位導致副反應產物的形成以及較短的循環壽命問題。

3 總 結

鋰-空氣電池的高比能量給新能源領域帶來了新的希望，在該領域進行研究的科研人員和企業也不斷增加。基于對近幾年國外鋰-空氣電池的最新研究情況進行了數據統計與情報分析可以預見，在未來較長一段時間內，鋰-空氣電池的基礎性研究仍然是該電池體系研究的重點，從未來實用化角度看，鋰-空氣電池的研究還會有很長的一段路要走。