锂离子电池材料

锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池简介：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。生活中锂离子电池应用方向•笔记本电脑手机数码相机媒体播放器MP3•电动车电动工具备用电源航空航天军事医学等锂离子电池发展过程•20世纪70年代锂一次电池，包括锂二氧化锰电池，锂亚留酰氯电等。•20世纪70年代锂金属二次电池，以TiS2等作为正极，锂金属或锂合金负极，由于安全及循环性能达不到要求，未能实现商品化。•20世纪90年代初液态锂离子电池既有良好的循环性能，安全性也较高。•1999聚合物锂离子电池，正负极材料与液态锂离子电池所用材料相同，用铝塑薄膜替代金属外壳安全性比液态锂离子电池高。•锂离子电池关键材料：正极材料，负极材料及电解质锂离子电池组成部分•钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列：（1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。（2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。•（3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。•（4）有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。•（5）电池外壳——分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。锂离子电池工作原理•以LiCoO2为正极，石墨为负极说明锂电池工作原理锂离子电池优点•1）电压高：单体电池的工作电压高达3.7-3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。•2）比能量大：能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。•3）循环寿命长:一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器,电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。•4）安全性能好:无公害，无记忆效应.作为Li-ion前身新型锂离子电池•的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。•5）自放电小：室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。•6)快速充电：1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上，磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。•7)工作温度：工作温度为-25~45°C，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°C。锂离子电池缺点•衰老：与其它充电电池不同，锂离子电池的容量会缓慢衰退，与使用次数无关，而与温度有关。可能的机制是内阻逐渐升高，所以，在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。储存温度与容量永久损失速度的关系：•回收率：大约有1%的出厂新品因种种原因需要回收。•不耐受过充:过充电时，过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中，无法再释放，可导致电池寿命短。•不耐受过放：过放电时，电极脱嵌过多锂离子，可导致晶格坍塌，从而缩短寿命。锂离子电池制作工艺•锂电池的正极材料有钴酸锂LiCoO2、三元材料Ni+Mn+Co、锰酸锂Li2MnO4加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极，负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，至今比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。•1、制浆：用专门的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。•2、涂膜：通过自动涂布机将正负极浆料分别均匀地涂覆在金属箔表面，经自动烘干后自动剪切制成正负极极片。•3、装配：按正极片—隔膜—负极片—隔膜自上而下的顺序经卷绕注入电解液、封口、正负极耳焊接等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。•4、化成：将成品电池放置测试柜进行充放电测试，筛选出合格的成品电池，待出厂。锂离子电池使用及维护•注意事项：避免在严酷条件下使用，如：高温、高湿度、夏日阳光下长时间暴晒等，避免将电池投入火中。•拆电池时，应确保用电器具处于电源关闭状态；使用温度应保持在－20~50℃之间。•避免将电池长时间“存放”在停止使用的用电器具中。