锂离子电池的应用与发展

锂离子电池的应用与发展Ⅰ目录摘要.........................................................................................................................1前言.........................................................................................................................2第一章锂离子电池的发展过程....................................................................31.1锂离子电池的由来.....................................................................................31.2锂离子电池的发展简史.............................................................................41.3我国锂离子电池行业的技术、生产和消费状况.....................................41.3.1我国锂离子电池的研究和生产技术水平................................................41.3.2我国锂离子电池的生产情况和主要生产厂家.........................................41.3.3我国锂离子电池产业发展的策略及应避免的问题..................................5第二章锂离子电池的应用.............................................................................62.1电子产品方面的应用..................................................................................62.2交通工具方面的应用.................................................................................72.2.1电动自行车..........................................................................................72.2.2电动汽车..............................................................................................82.3在国防军事方面的应用.............................................................................92.4在航空航天方面的应用...........................................................................102.5在储能方面的应用...................................................................................102.6在其他方面的应用...................................................................................10第三章锂离子电池技术的发展..................................................................123.1碳负极材料...............................................................................................123.2非石墨类材料...........................................................................................143.3其它负极材料...........................................................................................143.4正极材料...................................................................................................143.5隔膜和电解液材料...................................................................................15第四章锂离子电池的发展趋势..................................................................174.1锂离子电池应用领域的拓展...................................................................174.2锂离子电池市场发展及未来预期...........................................................17参考文献..............................................................................................................19致谢.......................................................................................................................21锂离子电池的应用与发展1摘要本论文简要介绍了锂离子电池的发展简史，我国锂离子电池行业的发展情况，侧重于阐述了锂离子电池的各种应用领域，并对锂离子电池的实用正负极材料、隔膜、电解质等做了简单的说明，并在此基础上展望了锂离子电池的发展前景，锂离子电池在以后的发展中有望成为备用电源和动力电源的主体。[关键词]锂离子电池正极负极发展应用德州职业技术学院毕业设计论文2前言锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。锂电池一般指锂一次电池和锂二次电池。这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCl2，SO2，(CFx)m等。其中锂一次电池的研究始于20世纪50年代，70年代进入实用化。因其具有比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，部分代替了传统电池。已实用化的锂电池有Li-MnO2，Li-I2，Li-CuO，Li-SOCl2，Li-(CF5)N，Li-SO2，Li-Ag2CrO4等。锂二次电池因安全性能尚未完全解决，目前仍处于试验阶段。锂离子电池研究始于20世纪80年代，1990年日本Nagoura等人研究成以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池：LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2同年，Moli和Sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池。1991年，日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳（PFA）为负极的锂离子电池。1993年，美国Bellcore（贝尔电讯公司）首先报导了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池（PLIB）。国内生产聚合物锂离子电池的厂家也在20年代90世纪相继问世，1999年12月厦门宝龙工业有限公司、2000年7月广东惠州TCL金能电池有限公司先后投产。由于篇幅的限制，下面本文将基本介绍下锂离子二次电池，并主要针对锂离子二次电池的应用和发展趋势予以综述。锂离子电池的应用与发展3第一章锂离子电池的发展过程1.1锂离子电池的由来锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中，容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与脱出来实现电池的充放电过程，为了区别于传统意义上的锂电池，所以人们称之为锂离子电池。当对该电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。20世纪90年代初，日本Sony能源开发公司和加拿大Moli能源公司分别研制成功了新型的锂离子蓄电池，不仅性能良好，而且对环境无污染。随着信息技术、手持式机械和电动汽车的迅猛发展，对高效能电源的需求急剧增长，锂电池已成为目前发展最为迅速的领域之一。由于锂离子电池的比能量密度和比功率密度均为镍镉电池的4倍以上，近年来，锂离子二次电池以年均20%的速度迅速发展。美国最近开发成功的新型聚合物锂离子电池具有体积小、安全可靠的特点，其价格仅为现锂离子电池的1/5。目前正在开发重量比能量密度为180W·h/kg，体积比能量密度为360W·h/L，充放电次数大于500次的高能量密度二次锂电池，将用于电动汽车。德州职业技术学院毕业设计论文41.2锂离子电池的发展简史1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。1982年伊利诺伊理工大学(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。1989年A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁(LiFePO4)，比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。1.3我国锂离子电池行业的技术、生产和消费状况1.3.1我国锂离子电池的研究和生产技术水平锂离子电池的生产技术主要被日本垄断。西欧和北美等国家的锂离子电池技术与我国基本上