鋰離子電池的結(jié)構(gòu)研究的文獻(xiàn)綜述構(gòu)成鋰離子電池的重要組成部分有正極、負(fù)極、隔膜和電解液[3]（如圖1.1）。圖1.1鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖[4]其中正極材料極為重要，不僅要作為鋰離子源，提供和嵌套鋰離子，還要進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。鋰離子電池的正極材料首先要保證其安全性良好，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，還要做到綠色環(huán)保，減小污染；其次要求有較大的比容量，使單位質(zhì)量的正極材料能夠儲存和放出更多的能量；有較好的循環(huán)壽命，在經(jīng)過多次鋰離子的遷出與嵌入過程后，仍然能夠保證材料的結(jié)構(gòu)基本不變，使其相變盡可能??；正極材料在充放電過程中的倍率性能要好，因此要求鋰離子在材料中有較高的遷移速率。目前常用鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及他們的衍生物。鈷酸鋰正極材料的理論比容量可以達(dá)到274mAhg-1，但是由于一些問題使得該材料的實(shí)際比容量只能達(dá)到大約150mAhg-1左右，其循環(huán)穩(wěn)定性和安全性都較差，并且鈷元素的價(jià)格比較貴；錳酸鋰正極材料的理論比容量為148mAhg-1，實(shí)際比容量約為115mAhg-1左右，其循環(huán)穩(wěn)定性也較差，但安全性較好，并且價(jià)格適中；磷酸鐵鋰正極材料的理論比容量為170mAhg-1，實(shí)際比容量約為140mAhg-1左右，其循環(huán)穩(wěn)定性較好，安全性很好，價(jià)格也適中，但是該材料的鋰離子遷移速率較低，不適用于較大倍率的充放電過程[4]。目前商業(yè)化的很多上述材料的衍生物，比如在鈷酸鋰材料中用錳元素、鎳元素、鋁元素等摻雜形成的三元層狀氧化物正極材料，就兼具安全性、循環(huán)穩(wěn)定性、較高比容量等優(yōu)點(diǎn)（如圖1.2）。圖1.2鋰離子電池正極材料容量對比[4]鋰離子電池的負(fù)極材料在電池的充放電過程中，也存在著鋰離子的脫出和嵌入過程，因此對于負(fù)極材料來說，也需要擁有較大的比容量，在脫出和嵌入鋰離子的過程中要保證材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，盡量減少結(jié)構(gòu)變相和分解等副反應(yīng)的發(fā)生，這樣能夠確保負(fù)極材料在充放電的循環(huán)過程中擁有良好的穩(wěn)定性與安全性。為了保證在較高倍率下和低溫條件下進(jìn)行充放電的性能較好，需要負(fù)極材料具有良好的鋰離子和電子導(dǎo)電性。在負(fù)極材料的電化學(xué)方面，要使鋰離子的脫出與嵌入有較低的氧化還原電位，才能滿足鋰離子電池較高的工作電壓，并且在鋰離子的脫出與嵌入過程中，負(fù)極材料的氧化還原電位變化應(yīng)該不大，這樣可以使得鋰離子電池工作電壓保持穩(wěn)定。目前已經(jīng)商品化的鋰離子電池負(fù)極材料主要有碳材料類和一種具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰鈦氧化物。碳材料類例如石墨等，擁有較低的氧化還原電位，負(fù)極的比容量很高，可以達(dá)到372mAhg-1，并且容易生成穩(wěn)定的SEI膜，有利于鋰離子的脫出與嵌入。鋰鈦氧化物負(fù)極材料的理論比容量雖然只有175mAhg-1，相對于金屬鋰/鋰離子的電位也有1.5V，但是其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能卻十分優(yōu)異，并且相對于碳材料負(fù)極來說更加安全。鋰離子電池的電解液一般由鋰鹽作為電解質(zhì)和非水的有機(jī)溶劑組成，其作用是作為電池內(nèi)部正負(fù)極之間運(yùn)輸鋰離子的良好通道。電解液需要具有良好的導(dǎo)電性，一般要在3*10-3到2*10-2Scm-1之間，這樣能使鋰離子的運(yùn)輸速率較快。電解液在較寬的電壓窗口范圍內(nèi)以及較大的溫度范圍內(nèi)都需要有很好的穩(wěn)定性，防止其分解影響電池正常工作甚至發(fā)生危險(xiǎn)。目前常用的有機(jī)溶劑有碳酸乙烯酯，它的分子對稱性較高，同時(shí)擁有較高的熔點(diǎn)、很高的鋰離子電導(dǎo)率，其界面性質(zhì)也較好，容易形成穩(wěn)定的SEI膜，可以有效地解決石墨負(fù)極的一些問題，如溶劑共嵌入等。由于碳酸乙烯酯熔點(diǎn)較高，不能單獨(dú)作為電解液的溶劑來使用，因此需要加入助溶劑，例如二甲基碳酸脂，二者的混合溶劑兼具了較高的抗氧化能力，擁有較低的粘度，并且對于鋰鹽的溶解度很大。商業(yè)上應(yīng)用的鋰鹽電解質(zhì)一般為六氟磷酸鋰，其在常用有機(jī)溶劑中有適中的鋰離子遷移速率，并且有著不錯(cuò)的抗氧化能力，是一種應(yīng)用十分廣泛的鋰鹽電解質(zhì)。隔膜在鋰離子電池內(nèi)部起著分隔正負(fù)極材料、允許鋰離子通過的作用。鋰離子電池中的隔膜需要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不僅需要在電解液中保持穩(wěn)定，還需要在正負(fù)極充放電發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程中保持穩(wěn)定。除此之外，隔膜對鋰離子遷移的阻力要小，加快鋰離子的遷移，減小電池的內(nèi)阻，為了能夠在較大電流的情況下進(jìn)行充放電，需要隔膜材料具有一定的孔隙率。目前商業(yè)化的鋰離子電池隔膜主要為聚乙烯或聚丙烯材料，為了進(jìn)一步提高電池的安全性能，科學(xué)家已經(jīng)開始在聚烯烴類隔膜的基礎(chǔ)之上開發(fā)新型的復(fù)合隔膜，比如陶瓷隔膜，可以大幅度提升電池的耐高溫性等安全性質(zhì)，并且可以延長電池的使用壽命，增強(qiáng)電池的性能。參考文獻(xiàn)[1]YongLu,QiuZhang,JunChen.Recentprogressonlithiumbatterieswithhighelectrochemicalperformance[J].ScienceChinaChemistry,2019,62,533-548.[2]YongLu,JunChen.Prospectsoforganicelectrodematerialsforpracticallithiumbatteries[J].NatureReviewsChemistry,4,127–142.[3]張躍強(qiáng)，田君，趙鼎，等.高鎳三元電池?zé)岱磻?yīng)機(jī)理及其改善性研究進(jìn)展[J].電源技術(shù)，2019,43(07),1223-1225.[4]王偉東，仇衛(wèi)華，丁倩倩，等.鋰離子電池三元材料：工藝技術(shù)及生產(chǎn)應(yīng)用[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.3.[5]PengfeiZhou,HuanjuMeng,ZhenZhang,etal.StablelayeredNi-richLiNi0.9Co0.07Al0.03O2.microspheresassembledwithnanoparticlesashigh-performancecathodematerialsforlithium-ionbatteries.JournalofMaterialsChemistryA,2017,5,2724.[6]Kang-JoonPark,Hun-GiJung,Liang-YinKuo,etal.ImprovedCyclingStabilityofLi[Ni0.90Co0.05Mn0.05]O2ThroughMicrostructureModificationbyBoronDopingforLi-IonBatteries.AdvancedEnergyMaterials,2018,8,1801202.[7]HangLi,PengfeiZhou,FangmingLiu,etal.Stabilizingnickel-richlayeredoxidecathodesbymagnesiumdopingforrechargeablelithium-ionbatteries[J].ChemicalScience,2019,10,1374-1379.[8]JiUngChoi,NataliaVoronina,Yang-KookSun,etal.Recentprogressandperspectiveofadvancedhigh-energyCo-lessNi-richcathodesforLi-ionbatteries:yesterday,today,andtomorrow[J].AdvancedEnergyMaterials,2020,2002027.[9]YongLu,YudongZhang,QiuZhang,etal.RecentadvancesinNi-richlayeredoxideparticlematerialsforlithium-ionbatteries[J].Particuology,2020,53,1-11.[10]李想，葛武杰，王昊，等.高鎳系三元層狀氧化物正極材料容量衰減機(jī)理的研究進(jìn)展[J].無極材料學(xué)報(bào),2017,32(02),113-121[11]ChaoXu,PhilipJ.Reeves,QuentinJacquet,etal.PhasebehaviorduringelectrochemicalcyclingofNi-richcathodematerialsforLi-ionbatteries.AdvancedEnergyMaterials,2020,2003404.[12]Geon-Ta