、鋰離子電池的發(fā)展與原理鋰離子電池由于其高比能量和高電壓的優(yōu)點(diǎn),受到了人們的極大關(guān)注,已成為國際電池界商品化開發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)?？沙潆婁囯姵丶夹g(shù)發(fā)展的推動力主要來自三個(gè)方面消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動汽車和可移植醫(yī)療器具(如人工心臟)。鋰離子電池的發(fā)展可以追溯到上世紀(jì)70年代第一個(gè)商品化的可充式鋰二硫化鉬電池于1979年研究成功,1987年投產(chǎn)不幸的是1989年8月,日本電信電話公司(NTT)的汽車移動電話在使用該電池時(shí)發(fā)生了起火事件,原因是鋰枝晶的形成導(dǎo)致正負(fù)極間的隔膜穿孔引起電池短路,后來該電池被迫停產(chǎn)。70年代末,法國的Armand先后提出了兩種解決途徑:1采用聚合物固體電解質(zhì),它不與鋰發(fā)生反應(yīng),可制備全固態(tài)鋰金屬二次電池;2采用很低電壓就能使鋰離子嵌入脫出的材料來代替金屬鋰,從而發(fā)展為正極和負(fù)極采用鋰離子嵌入材料的鋰離子二次電池根據(jù)第二條解決途徑,1991年,日本Sony公司推出了第一代商業(yè)化鋰離子電池,成為鋰離子電池發(fā)展史上的一個(gè)里程碑和以往不同的是,這一代的鋰離子電池分別用兩種不同的插層化合物作電極,在正極上采用的是Lcoo2,而負(fù)極則用石墨替代了原先的L金屬。負(fù)極材料的改變解決了長期困擾鋰電池的L枝晶問題,從而大大提高了電池的安全性。鋰離子電池商業(yè)化的成功,引起了全世界的廣泛關(guān)注,多年來,各國政府都投入了大量的人力物力進(jìn)行研究和開發(fā),有力地促進(jìn)了鋰離子電池的商業(yè)化發(fā)展。十幾年來,鋰離子電池不僅在產(chǎn)量和產(chǎn)值取得了巨大的飛躍,而且其應(yīng)用領(lǐng)域也大大拓寬了。目前,鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動通訊、便攜式筆記本電腦、攝像機(jī)、便攜式儀器儀表等領(lǐng)域。隨著這些電器的高能化,輕量化,對鋰離子電池的需求也越來越迫切。除了適應(yīng)電器市場向微型化發(fā)展以外,鋰離子電池也在向大型電動設(shè)備方向發(fā)展,被看作是未來電動汽車動力電源的重要候選者之一,并在空間技術(shù)、國防工業(yè)等大功率電源方面展示出廣闊的應(yīng)用前景。鋰離子電池是以Li+嵌入化合物為正負(fù)極的二次電池,實(shí)際上是一個(gè)鋰離子濃差電池,正負(fù)極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成通常正極采用鋰化合物,負(fù)極采用鋰一碳層間化合物。電介質(zhì)為鋰鹽的有機(jī)電解液在充放電過程中,Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫出,被形象地稱之為“搖椅式電池”。鋰離子電池的工作原理示意圖LoadCurrentElectronsNegatvepositivePositiveLi+u+LiLiLLiLiElectrolyteElectrolyteDischargeChargea)正極LiCaO2負(fù)極LixC負(fù)極1i(a)正極LiCoO充電放電圖1(a)SONY搖椅式電池和(b)鋰金屬為負(fù)極的充電鋰電池示意圖,結(jié)晶石墨中鋰最大含量為LiCe(x=1)充電時(shí),Li從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,正極處于貧鋰態(tài),同時(shí)電子的補(bǔ)償從外電路供給到碳負(fù)極,保證負(fù)極的電荷平衡。放電時(shí),Li+從負(fù)極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極,正極處于富鋰態(tài)。在正常充放電過程中,Li+在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)的金