国外锂-空气电池研究的数据统计与情报分析

刘兰兰，张 发

(1.中国电子科技集团公司第十八研究所 天津300384；2.国网天津市电力公司东丽供电分公司 天津300300)

锂-空气电池具有极高的能量密度，是新一代高比能电池的研发热点，有望应用于清洁能源、电动汽车及其他储能系统，为缓解环境和能源压力做出贡献，因此一直以来受到研究人员的广泛关注。为了解决锂-空气电池走向实用化过程中存在的缺陷及问题，国内外许多研究机构和研究人员对其进行了深入的分析。

本文对近几年国外锂-空气电池的最新研究情况进行数据统计，并在此基础上做了一定的情报分析，以期为国内研究人员的锂-空气电池研究工作提供一定的参考与帮助。

1 锂-空气电池技术

锂-空气电池是由锂阳极及环境空气中的氧电对构成的电池体系，锂-空气电池也归类于锂-氧电池，锂-空气电池中的氧气通过空气阴极进入电池中，其来源是无限的。理论上讲，以氧气作为阴极反应物，电池容量受到锂负极限制。锂-空气电池具有最高的理论电压和电化学当量(3800Ah/kg)，电池放电过程中消耗锂及空气中的氧、水，生成 LiOH[1]。但是，锂-空气电池的电极副反应、锂片腐蚀、电解液分解和挥发[2]等问题都严重影响了它的实际应用。

2 关于研究情况的数据统计与情报分析

语义学者(Semantic Scholar)是由微软联合创始人Paul Allen创立的免费学术搜索引擎，其检索结果来自期刊、学术会议资料以及学术机构的文献[3]。通过使用语义学者搜索引擎，以“lithium-air battery”为关键词，搜索自 2016年以来发表的文献，截止时间为2019年3月15日，去除国内学者的研究文献，共搜索到 97篇有效文献。分别从发表时间、作者署名机构、机构所属国家、发表文献类别、发表文献刊物和文献主题内容方面对这些文献进行了分类统计，随后进行了情报分析。

2.1 时间分布分析

在发表时间分布上，2019年截止到3月共有3篇文献，2018年共有 19篇文献，2017年共有 36篇文献，2016年共有 39篇文献。可以看出，2016年与2017年研究文献都比 2018年多出 1倍。由此可见，2016—2017年研究人员对锂-空气电池的研究工作比较多，研究活动比较活跃，而近 2年来的研究文献比较少。这可能是因为锂-空气电池的研究难度较大，开始研究时成果较多，在此基础上短时间内难以再取得较大突破。

2.2 机构分布分析

在锂-空气电池的研究机构方面，除了高等院校、科研机构等比较重视学术研究的机构外，还有丰田中央研究所、三星电子、IBM、陶氏、Liox Power等公司的研发中心相关人员对锂-空气电池进行研究，可知不仅有学术机构的科研人员在锂-空气电池的基础科学方面进行了不断地认知和探索，还有公司企业的科研人员在锂-空气电池实用化方面做出研究和努力。

2.3 国家分布分析

在发表文献的作者署名机构所属国家分布上，美国有 27篇文献，韩国有 18篇文献，日本、英国各有10篇文献，以色列有 6篇文献，德国、澳大利亚各有5篇文献，瑞典有 3篇文献，法国、意大利、奥地利、新加坡各有 2篇文献，此外，西班牙、俄罗斯、土耳其、捷克、阿根廷各有1篇文献。由此可以看出，研究锂-空气电池的国家分布比较广泛，可知世界上许多国家的研究人员对锂-空气电池都比较关注，尤其是美国、韩国、日本、英国等经济发达国家的研究人员对其投入了较多的精力，更加重视锂-空气电池的研究工作。

2.4 文献类别分析

在检索到的锂-空气电池的所有文献中，除了期刊析出文献外，还有一篇美国专利局公布的锂-空气电池的专利文献，其申请人为加利福尼亚大学董事会，专利名称为《环境条件下锂-空气电池正极防水石墨烯膜》。由此可知，对锂-空气电池的研究在防水石墨烯膜方面取得了阶段性成果，说明锂-空气电池存在实际应用的可能性，对其研究具有必要性。

2.5 发表刊物分析

在发表刊物方面，检索到的锂-空气电池文献大部分都发表在 Nature和美国化学学会(ACS)的系列期刊上，Nature和美国化学学会系列期刊在国际上的影响力和地位都很高，相应地，在此类期刊上发表文献的学术要求也比较高，如文献的创新性，研究成果在某领域创造的价值和贡献。由此可知，研究人员对锂-空气电池的研究取得了一系列研究成果，而且这些成果的影响力和价值都比较高，有利于促进锂-空气电池的发展。

2.6 主题内容分析

在主题内容方面，为了解决锂-空气电池商业化进程中的难题，包括电解液稳定性差、循环性能和倍率性能差以及充放电效率低等问题，研究人员主要围绕着寻找高效催化剂、稳定的电解质和优化空气电极设计进行的新材料的制备、理论计算和电化学表征等研究。这表明研究人员为了促进锂-空气电池早日实现商业化，目前的主要研究方向是催化剂、电解质和空气电极的研究与设计，集中全力解决充放电循环中较高的过电位导致副反应产物的形成以及较短的循环寿命问题。

3 总 结

锂-空气电池的高比能量给新能源领域带来了新的希望，在该领域进行研究的科研人员和企业也不断增加。基于对近几年国外锂-空气电池的最新研究情况进行了数据统计与情报分析可以预见，在未来较长一段时间内，锂-空气电池的基础性研究仍然是该电池体系研究的重点，从未来实用化角度看，锂-空气电池的研究还会有很长的一段路要走。