1、鋰離子電池概述鋰二次電池發(fā)展過程體 系Li/LE/TiS2Li/SO21970s負(fù) 極：金屬鋰 鋰合金電 解 質(zhì)：液體有機(jī)電解質(zhì) 固體無機(jī)電解質(zhì)(Li3N)過渡金屬氧化物(V2O5、V6O13)正 極：過渡金屬硫化物(TiS2、MoS2)液體正極(SO2)1980s聚合物正極；FeS2；硒化物(NbSe3)；聚合物電解質(zhì)Li/聚合物二次電池Li/LE/MoS2 Li/LE/NbSe3Li/LE/LiCoO2Li/PE/V2O5,V6O13增塑的聚合物電解質(zhì) LiCoO2、LiNiO2錳的氧化物L(fēng)i的碳化物(LiC12)(焦炭)Li/LE/MnO2 負(fù) 極：正 極：電 解 質(zhì)：體 系：Li的嵌入

2、物(LiWO2)199019951998 負(fù)極：新型合金 電解質(zhì)：全固態(tài)聚合物電解質(zhì) 體系：全固態(tài)鋰二次電池注：LE 為 液 體 電 解 質(zhì)，PE 為 聚 合 物 電 解 質(zhì)。1994 負(fù)極：無定形碳電解質(zhì)： PVDF凝膠電解質(zhì)體系：凝膠鋰離子電池Li的碳化(LiC6)(石墨)C/LE/LiCoO2 ；C/LE/LiMn2O4負(fù)極：正極：電解質(zhì)：體系：LiMn2O4小結(jié)金屬鋰合金石墨化碳新型合金、鋰過渡金屬硫化物過渡金屬氧化物鋰、過渡金屬 復(fù)合氧化物液體有機(jī)電解質(zhì)固態(tài)凝膠聚合物電解質(zhì)全固態(tài) 聚合物電解質(zhì)the theory of lithium batterychargingdischargi

3、ngLi+chargingdischarginganode： 6C + x Li+ + x e-LixC6Cathade:LiCoO2Li1-xCoO2 + x Li+ + x e-chargingdischargingTotal reaction:6C + LiCoO2Li1-xCoO2 + LixC6chargingdischarging5.3 鋰離子電池電極材料概述5.3.1正極材料 正極材料選擇的基本考慮： 在充放電時(shí)晶體結(jié)構(gòu)保持不變或變化可逆 具有較大的嵌鋰容量 較高的氧化還原電勢(shì) 高度的化學(xué)穩(wěn)定性鋰離子電池正極材料的主要種類 按金屬元素劃分： 鈷系列： LiCoO2 ，LiCo1-

4、xMxO2 鎳系列： LiNiO2 ，LiNi1-xMxO2 錳系列： LiMn2O4 ， LiMn2-xMxO4 ； LiMnO2 ，LiMn1-xMxO2 ；MnO2 釩系列：LiV3O8，LiV2O5；V2O5 按結(jié)構(gòu)劃分： 層狀結(jié)構(gòu)： LiCoO2 ；LiNiO2 ；LiMnO2 尖晶石結(jié)構(gòu)： LiMn2O4 橄欖石結(jié)構(gòu)： LiFePO4 按是否鋰源分： 鋰源型： LiCoO2 ，LiNiO2 ，LiNi1-xMxO2 ，LiMn2O4 ， LiMnO2 ， LiFePO4 非鋰源型： MnO2，LiV3O8，LiV2O5，V2O5 ，S，TiS2 LiMA2型層狀材料儲(chǔ)鋰特性淺析Li

5、MO2(M=Ni，Co等）的二維晶體結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)框架由二價(jià)陰離子密堆積構(gòu)成；高價(jià)陽離子位于陰離子密堆積形成的八面體空隙中；鋰離子寄宿在陰離子密堆積形成的八面體空隙中。 二價(jià)陰離子除O2-外，尚有s2-、Se2-、Te2-等，由于陽離子處于陰離子密堆積的八面體空隙中，故材料的摩爾體積主要由陰離子的大小和密堆積方式?jīng)Q定。 由于O2-相對(duì)其它陰離子來說體積最小，故體積比容量以氧化物為最大，以陰離子六方密堆積為例，經(jīng)計(jì)算得到的LiMeO2，LiMeS2, LiMeSe2, LiMeTe2的體積比容量分別為：1.43，0.63，0.51，0.36Ah/cm3。由此可看出嵌入材料具有最大體積比容量的化學(xué)

6、組成為L(zhǎng)iMeO2或MeO2。 MeO中O2-密堆積的八面體空隙全部被高價(jià)陽離子Me占據(jù)，不能再接受鋰離子，因此MeO不具有嵌入反應(yīng)的性質(zhì)； 對(duì)MeO3而言，多余的八面體空隙是陽離子Me已占據(jù)的空隙的兩倍，所以組成為MeO3的比容量不是很高； 組成為MeO2時(shí)，可接受Li+的八面體空隙數(shù)和可接受電子的高價(jià)陽離子數(shù)相等，因此容量可達(dá)到最大值的化學(xué)組成為MeO2。 當(dāng)陽離子和陰離子體積比在0.410.71之間時(shí)，最適合于八面體配位。按照六配位時(shí)rO2-=1.40 計(jì)算，陽離子半徑應(yīng)在0.510.99 為宜。很多過渡金屬四價(jià)和三價(jià)離子的半徑在0.50.8 之間，適合于組成嵌入反應(yīng)材料。r()價(jià)態(tài)Ti

7、VCrMnFeCoNiNbMoRuIr+40.660.600.550.530.520.510.540.690.660.620.63+30.730.740.640.620.600.570.58 0.680.680.735.3.2負(fù)極材料主要有以下幾種： 碳材料 金屬鋰 合金 過渡金屬氧化物 氮化物、硅及硅化物鋰二次電池負(fù)極材料特性負(fù)極材料負(fù)極材料摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量密度密度(kg/L)質(zhì)量比容量質(zhì)量比容量（Ah/kg）體積比容量體積比容量(Ah/L)Li6.940.5338622047LiC679.002.24339759LiAl33.921.757901383Li21Sn5729.312.5576

8、11941LiWO2222.7911.301201356LiMo2134.886.061991206LiTiS2118.943.06225689 碳負(fù)極材料： 石墨化碳 無定形碳 合金負(fù)極材料： 銻基系列：Zn4Sb3,InSb,TiSb,SnSb,VSb2,CrSb2,MnSb,CoSb3,Cu2Sb 錫基系列：MnSn2,Mn3Sn,FeSn,CoSn2,Cu6Sn5 硅基系列：CrSi,NiSi,FeSi,MgSi 鋁基系列：AlSn 目前實(shí)用化的負(fù)極材料主要是石墨化碳。5.4 鋰離子電池的特性 鉛酸電池鉛酸電池鎳鎘電池鎳鎘電池鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池比能量比能量（Wh/Kg

9、）405070120能量密度能量密度（Wh/l）100150240-300300功率密度（功率密度（W/l）200300240200-300循環(huán)壽命循環(huán)壽命300500100050010005001000開路電壓（開路電壓（V）2.11.31.34.0平均輸出電壓平均輸出電壓（V）1.91.21.23.7工作溫（工作溫（）-10+50-20+60-20+50-20+60自放電自放電%月）月）3515202030610成分毒性成分毒性高高高高中中低低5.4.1鋰離子電池的比能量與比功率比能量： 以C | LiPF6EC+DEC | LiCoO2 電池為例： 平均放電電壓：3.6V LiCoO2的

10、比容量為130150mAh/g 正極材料占電池重量分?jǐn)?shù)：2535 W0.143.60.31000 =151Wh/kg 比功率：P = AV X = kWX x為放電倍率，k為能量效率。若x=0.2、1、2、5， k=1.1、1、0.85、0.7，則 P =33、151、257、529 W/kg商品鋰離子電池性能評(píng)價(jià) 小型電池0.2C1CSaft ,France 電動(dòng)汽車電池USABC電動(dòng)汽車電池性能目標(biāo) 性能 中期指標(biāo) 遠(yuǎn)期指標(biāo) 比能量 /WhL-1 135 300 WhKg-1 80 200 比功率 /WL-1 250 600 WKg-1 150200 400 循環(huán)壽命 /次 600 1000 充電時(shí)間/h 6 36 工作溫度 / -3065 -40 85 成本 / Wh 1 150 10-4 -1cm-1 。 改善安全性改善安全性：研究新體系：研究新體系： 凝膠或全固態(tài)聚合物電解質(zhì)鋰離子電池 聚合物電解質(zhì)鋰離子電池更加安全，可進(jìn)行軟包裝和制成異型。 金屬鋰二次電池 如：美國(guó)Moltech公司采用獨(dú)特的薄膜技術(shù)研制出具有高比能、高放電率、安全、無污染的新型鋰硫二次電池，其比能量大于200Wh/kg，可以用8C速率放電，可耐過充電及過放電而無須采取防護(hù)措施。 薄膜鋰電池 在信息產(chǎn)業(yè)中作為