锂离子电池的研究与发展
艾诚20093482
摘要：综述了锂离子电池的历史 、原理 、及研究进展 ,
存在问题及发展前景。
关键词 ：铿离子 电池 正负极材料 研究与发展
Rearch and Development of Lithium-ion Batteries
Ai Cheng 200934822
Abstract The history,principle,rearch progress in and developing perspective of lithium-ion battery were reviewed
Keywords lithium-ion battery ,Anode cathode, materials,rearch and development
锂离子电池的历史
锂离子电池是由锂电池发展而来。锂电池是一类由锂金属或锂合金为正极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。锂是原子量最小（6.94微信微店怎么添加商品），比重最小（0.534g/cm3,20oC）,电化当量最小（节哀顺变什么意思0.26g/A.h）和电极电位最负（-3.045V）的金属,因此 ,若 以锂为负极 ,再配以适当的正极和电解质 ,组成电池 ,将具有放电电压高 ,比能量高等特点。所以本世纪年60代初世界各国即已开始了锂电池的研究 ,但发展十分缓慢（１） 。其主要原因是以金属锂或锂合金为负极时 ,在电池充放电过程中,金属锂会在锂负极上沉积 ,产生枝晶锂（２） ,枝晶锂可能穿透隔膜 ,造成电池内部短路 ,以至发生爆炸或着火 另外 ,从热力学角度看 ,锂可与任何无机或有机物起反应 ,在锂电池充电过程中沉积在锂负极上的高纯锂 ,非常活泼 ,部分锂将会与作文美丽的秋天 电解质（ 或其中的杂质 ）反应 ,使锂电池的充放电效率很低 ,从而影响到电池的循环寿命。为解决这两大缺点 ,年代初提出了两个方案 一是用高聚物固体电解质代替液体电解质 ,即所谓的全固态锂电池 （这种电池并未从根本上 消除枝晶锂生成的问题另是提出的〕 。Ｌ另是M.Armand提出的 “Rocking-chair battery”（２）之后 ,为试验其可行性 ,各国学者历尽艰辛 ,几经曲折地展开了对“摇椅”电池的研究,直到1990年才被日本索尼公司研究开发成功（日本学者把它叫做锂离子电池（4）其工作原理同Armand
提出的 “摇椅”电池完全相同 ,从而在世界范围内掀起了锂离子电池研究的高潮。
现在市场上的锂离子电池主要有两种，一种为液态锂离子电池，通常以钢壳或铝壳包装，主要厂家有如SANYO、BYD等;另一种为聚合物锂离子电池，简称聚锂电池，主要厂家比如SONY、ATL等，通常采用铝塑复合膜包装。后来出现了一种过渡形态，即将液态锂离子电池的内芯放置于铝塑复合膜中，有些商家也称其为聚锂电池。 目前锂电界的通常观点是，正极、负极或电解液有一种属于聚合物形态的，都可以称为聚锂电池。从这个来讲，这种过渡形态的不能算是聚锂电池，只算是液锂电池的软包装。目前业界对于聚锂的概念也比较含糊，大多将铝塑软包装的称为聚锂电池，有专家认为，液锂软包装虽然可以避免金属外壳在爆炸时的破坏力，但其危险性并没有多少下降，因为液态易燃的电解液在相对薄弱的软包装下泄漏，更容易导致安全问题。
锂离子电池结构示意图:
锂离子电池的原理
锂离子电池是在对锂二次电池研究的基础上发展起来的一种新型可充电池。其正负极材料均采用可供锂离子 自由嵌脱的具有层状或隧道结构的活性物质,充电时, li+从正极逸 出,嵌入负极 ,放电时,li+则从负极脱出,插入正极 ,即在充放 电过程中,li+在正负极间嵌入脱出往复运动犹如来回摆动的摇椅或往复运动的羽毛球 ,因此这种 电池又被称为“ Rocking-chair batt
ery”，“Shuttlecock battery”(5).
以碳 素 材 料 为 负 极 ,过 渡 金 属 氧 化 物。为正极的铿离子电池 ,其反应可表示为
锉离子电池工作原理示意图
由于锂离子电池在工作时,只有铿 离子在正负极活性物质中的嵌入和脱 出,不再有金属铿的溶解与还原,这就从根本上消除了枝晶锂生成的客观条件,所以它克服了锂二次电池安全性差 ,寿命短的缺点 ,同时又保留它的一切优点 ,诸如电压高、比能高、体积小、重量轻等。可以说,锂离子电池是所有可充电池中,综合性能最优的一种新型蓄电池 。
锂离子电极正负极材料
根据锂离子电池的工作原理 ,理想的锂离子 电池正负极材料除应满足传统 电池正负极材料所具有的条件外如何骑马 ,还应满足下列特殊要求：应为层状或隧道结构 ,以利于锂离子的嵌脱且在锂离子嵌脱时无结构上 的变化 ,以使电极具有良好的充放可逆性。锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出,以使电极具有较高的容量 ,且在锂离子嵌脱时 ,电极反应的自由能变化不大 ,以使电池有较平稳的充放电电压。锂离子在其中应有较大的扩散系数 ,以使电池有较好的快充放 电性能 。
负极材料
在锂离子电池的发展过程中,研 究过的负极材料有３类:一是 金属氧化物二是金属硫化物三是碳材(6),如天然石墨、石油焦碳、热解炭、碳纤维等。由于碳材相对较好地满足 了上述要求,再由于其具有嵌锂电位低 ,来源丰富,价廉易得男人如何补肾 ,无毒无污染的优点 ,经10年多的研究,人们最终选中了具有层状结构的碳材作为锂离子 电池的负极材料。
众多研究表明,碳材料依其来源及制备方法不同在结构 、嵌锂容量 、嵌锉机理上会有很大差异（7） 。那么什么样的碳材最适合作锂离子电池的负极目前尚无确切的答案,日本几家
公司生产的电池采用的碳材料也各不相同,如索尼公司使用聚糠醛的碳化产物 ,三洋公司则使用天然石墨 ,松下公司使用中间相的沥青微球（8）。若用充放电容量、效率、寿命的制造成本等指标来衡量掌心的温度 ,单黄线可以掉头吗各有短长 ,但共同点是（9） ：
（１）碳材料中必须有足够的石墨结构或类石墨结构微晶
（2）在首次充电时,应在其与电解质界面上形成一层均匀致密的固体电解质膜或称钝化膜 （ＳＥＩ）。
这是影响碳材料电池性能的两个最关键的因素,出纳工作而这两个因素又是互相矛盾的 ,为解决这一矛盾 ,目前常采用的方法是（10）：
（１）选用部分石墨化碳材料
（２）用无定形类碳材料包覆在石墨类碳材料的表面（即制备具有核壳结构的碳材料）
（３）在石墨类碳材料的表面人工化学沉积钝化膜
（４）制备掺杂石墨类碳材料。
