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锂离子电池主讲吴伯荣电话:68912528email:wu_borong@sina.com(一.原理及概述)目录1.锂离子电池概述及电池化学原理2.锂离子电池正极材料3.锂离子电池负极材料4.锂离子电池电解液及隔膜5.锂离子电池的结构和制造工艺6.锂离子电池性能及应用前景1.锂离子电池概述及电池化学原理1.1发展简史1.2锂离子电池构成1.3锂离子性能特点1.4分类与命名方法1.5化学原理◆最早始于20世纪60~70年代的石油危机，当时主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系。；◆1958年Harris提出采用有机电解质为锂一次电池的电解质；◆1980年Goodenough等提出了LiCoO2作为锂充电电池正极材料；◆80年代初期，针对锂金属电池易形成钝化膜和枝晶锂两大缺点，主要途径为用高聚物固体电解质代替液体电解质，M.Armand提出以嵌入化合物(IntercalationCompounds,简称IC)代替锂金属的摇椅式可充电池(Rocking-chairrechargeablebattery)；◆1985年发现碳材料可以作为锂充电电池的负极材料；◆1990年采用石墨结构的碳材料为正极和LiCoO2为负极的锂离子电池诞生；（氧化钴锂-石墨充电电池；）◆1991年：日本索尼公司开发了聚糠醇热解炭为负极，的锂离子电池，推出了以可“嵌锂”的炭材料作为电池负极的“锂离子二次电池”，主要技术特点是正负极均采用嵌入化合物。1.锂离子电池概述及电池化学原理1.1发展简史1.2锂离子电池构成1.3锂离子性能特点1.4分类与命名方法1.5化学原理1.2锂离子电池构成是指以Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。•锂离子电池正极活性物质:采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4等负极活性物质:一般采用锂-碳层间化合物LixC6（常用碳材料有石油焦和石墨等），或Sn、Si及其合金化合物等。常采用溶解有锂盐LiPF6，LiAsF6等的有机溶液。电解质溶液：锂离子电池的构成常见锂离子电池结构锂离子电池主要构成：正极、负极、隔膜、电解液、外壳以及各种绝缘、安全装置1锂离子电池概述及电池化学原理1.1发展简史1.2锂离子电池构成1.3锂离子性能特点1.4分类与命名方法1.5化学原理锂离子性能特点工作电压高:一般平均大于3.6V，是镉镍和氢镍电池的3倍体积小，质量轻；比能量高，可达120～250Wh/kg、300Wh/dm-3无记忆效应；自放电小:正常存放情况下，月自放电小于10%循环寿命长：达800次以上（100%DOD)充放电安时效率高：一般大于99%工作温度宽对环境友好---绿色电池锂离子电池与其它二次电池性能比较1.锂离子电池概述及电池化学原理1.1发展简史1.2锂离子电池构成1.3锂离子性能特点1.4分类与命名方法1.5化学原理高温锂二次电池常温锂二次电池1、根据温度2、根据电解质的状态3、根据正极材料的不同液体锂二次电池凝胶锂二次电池全固态锂二次电池锂离子电池锂/聚合物二次电池锂/FeS2二次电池液体锂离子电池凝胶聚合物锂离子电池全固态锂离子电池电解质1.4分类与命名方法•锂离子电池分类•锂离子电池命名方法一般由英文字母和阿拉伯数字组成：1.锂离子电池概述及电池化学原理1.1发展简史1.2锂离子电池构成1.3锂离子性能特点1.4分类与命名方法1.5化学原理1.5锂离子电池化学原理1.锂离子电池充放电过程中发生地反应是嵌入反应2.嵌入反应：是指客体粒子（离子、原子、或分子）嵌入主体晶格，而主体晶格基本不变，生成非化学计量化合物的反应过程。反应式为：•一般可逆，生成的嵌入化合物在化学、电子、光学、磁学等性能方面与原嵌基材料有较大不同。•反应被认为是局部规整的，因为骨架在嵌入和脱嵌入过程中，主体仅发生微小的结构重组，对结构和组成来说都保持着完整性3.嵌入反应特点：(－)Cn│LiPF6-EC+DEC│LiMO2(+)EC——碳酸乙烯酯DEC——二乙基碳酸酯4.成流反应Li(C)│含锂盐的有机溶质│嵌Li的化合物212xLiMOLiMOxLixe充电放电正极反应：负极反应：xnnCxLixeLiC充电放电电池反应：212xxnLiMOnCLiMOLiC充电放电锂离子电池的原理充电时，正极中的锂离子从晶格中脱嵌，经过电解质到达负极表面并嵌入到石墨层间。放电时，过程恰恰相反；在充放电过程中，锂离子往复于正负极之间，所以被形象的称为“摇椅式”电池；锂离子电池充放电反应示意图Rocking-Chair正极反应：LiMO2Li1-xMO2+xLi++xe负极反应：nC+xLi++xeLixCn电池反应：LiMO2+nCLi1-xMO2+LixCn式中：M=Co，Ni，Fe，W等，正极化合物有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFeO2，LiWO2等，负极化合物LixC6，TiS2，WO3、V2O5等。124124yyxLiMOLiMOxLixe充电放电对锰酸锂电池：124124yyxxnLiMnOnCLiMOLiC充电放电正极反应：电池反应：•锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成.•锂离子电池工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物和锂离子浓度有关,通过波恩-哈伯循环可以推算锂离子电压.锂离子电池正极材料下一节课