锂离子电池的应用﹑研究与发展.

锂离子电池的研究与发展陈彬目录锂离子电池的应用现状1锂离子电池的充放电原理2未来市场发展和展望4材料的改进3锂离子电池的应用现状1锂离子二次电池的起源图1.1有关电池的发展历史图1.2锂离子电池在二次电池市场占有率的趋势锂离子二次电池的发展二次电池市场上二次电池的种类镍镉电池锂离子电池氢镍电池铅酸电池(电瓶)图1.3商业化的二次电池种类锂离子电池的优点•电压高(Ni-Cd、Ni-H电池的3倍);•比能量大(2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH);•循环寿命长(500次以上,甚至1000次以上);•安全性能好,无公害,无记忆效应;•自放电小(低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%);•可快速充放电;•工作温度范围高，•重量小锂离子电池的主要市场图1.4锂离子电池的主要应用福特Escape混合动力车锂离子电池的未来市场图1.5锂离子电池的拓展市场锂离子二次电池的发展图1.6锂离电池需求量预测随着材料研发的不断进步和电池电化学性能的提高,锂离子电池仍然会快速增长,霸占着二次电池市场锂离子电池充放电原理2锂离子电池的原理示意图DischargeChargeloadeeChargeDischarge+Li+Li+LiElectrolyte+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Lieeeeeeee+_CurrentCollectorCurrentCollectorAnodeCathodeLi1-xCoO2LixC6以氧化钴锂为正极材料，石墨为负极材料的锂二次电池充放电示意图分别代表石墨炭原子、氧原子及钴原子图2.1锂离子电池的充放电原理示意图xexLiCoOLiLiCoO2x12充电放电66CLixexLiCx充电放电放电62x126CLiCoOLiLiCoOCx充电正极反应:负极反应:总的反应:锂离子电池的反应机理电极反应:可逆地嵌入和脱嵌Li+的过程电池材料的改进3锂离子电池的负极材料石墨:作为碳材料中的一种，与锂形成石墨嵌入化合物（GraphiteIntercalationCompounds）LiC6.制备高纯度和规整的微结构碳负极材料,巴基球C60、碳纳米管和其它纳米尺度的嵌锂微结构.增加材料结构的稳定性特殊结构的金属氧化物如新型锡复合氧化物基负极材料.质量比能量较碳负极材料大大提高,电容量以及循环性能得到提高石墨材料的改性引入非金属元素：H、B、N、Si、P、S等引入金属元素：K、Mg、Al、Ga、V、Ni、Co、Cu、Fe等表面处理:氧化处理﹑采用碳包覆﹑包覆金属及其氧化物﹑聚合物包覆容量循环衰减未来市场发展和展望4锂离子二次电池的市场发展锂离子电池目前已经成为便携式电器(手机、笔记本电脑等)标配电源。锂离子电池作电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)的动力电源也会得到更广泛应用。在航空航天领域、军事应用、微型机电系统、动力负荷调节系统﹑生物领域等方面，锂离子电池会扮演越来越重要的角色。参考文献1.KisukKang,YingShirleyMeng,JulienBréger,ClareP.Grey,andGerbrandCeder,ElectrodeswithHighPowerandHighCapacityforRechargeableLithiumBatteries,Science311(2006)977-980.2.HiroyukiNishideandKenichiOyaizu,TowardFlexibleBatteries,Science319(2008)737-738.3.JoeAlper,TheBattery:NotYetaTerminalCase,Science296(2002)1224-1226.4.吴宇平等编著,锂离子二次电池,化学工业出版(2002),P99-103.5.Y.Kim,H.S.Kim,S.W.Martin,SynthesisandelectrochemicalcharacteristicsofAl2O3-coatedLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2cathodematerialsforlithiumionbatteries,ElectrochimicaActa52(2006)1316-1322.6.L.Liu,Z.Wang,H.Li,L.Chen,X.Huang,Al2O3-coatedLiCoO2ascathodematerialforlithiumionbatteries,SolidStateIonics152-153(2002)341-346.7.RobertF.Service,ShrinkingDimensionsSpurResearchIntoEver-SlimmerBatteries,Science308(2005)786.8.JaephilCho*,VOx-coatedLiMn2O4nanorodclustersforlithiumbatterycathodematerials,JournalofMaterialsChemistry18(2008)2257–2261.参考文献9.LifenXiaoetal.EnhancedelectrochemicalperformanceofsubmicronLiCoO2synthesizedbypolymerpyrolysismethod,JournalofSolidStateElectrochemistry(2008)12:149–153.10.S.Castro-Garc,A.Castro-Couceiro,M.A.Senarir-Rodriuez,F.Soulette,C.Julien,InfluenceofaluminumdopingonthepropertiesofLiCoO2andLiNi0.5Co0.5O2oxides,SolidStateIonics156(2003)15-26.11.H.Cao,B.Xia,Y.Zhang,N.Xu,LiAlO2-coatedLiCoO2ascathodematerialforlithiumionbatteries,SolidStateIonics176(2005)911-914.12.J.C.Arrebola,A.Caballero,L.Hern,J.Morales,PMMA-assistedsynthesisofLi1-xNi0.5Mn1.5O4-dforhigh-voltagelithiumbatterieswithexpandedratecapabilityathighcyclingtemperatures,JournalofPowerSources180(2008)852-858.13.A.Dailly,R.Schneider,D.Billaud,Y.Fort,P.Willmann,Newgraphite-antimonycompositesasanodicmaterialsforlithium-ionbatteries.:Preparation,characterisationandelectrochemicalperformance,ElectrochimicaActa47(2002)4207-4212.14.NanoSafe™BatteryTechnology,