第三锂离子电池材料精要.ppt

3.1 锂电池及其种类 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作为负极材料的化学电源的总称。 （1）按所用电解质分 ①锂有机电解质电池：使用有机溶剂和锂盐组成电解质的锂电池。有机电解质如含有高氯酸锂（LiClO4）的碳酸丙烯酯（PC）溶液。 ②锂无机电解质电池：使用非水无机溶剂和锂盐组成电解质的锂电池。无机电解质如含有四氯铝酸锂（LiAlCl4）的亚硫酰氯（SOCl2）。 ③锂固体电解质电池：使用能传导Li+的固态物质作电解质的锂电池。固态电解质如碘化锂（LiI）。 ④锂熔盐电池：使用熔盐作电解质的锂电池。熔盐电解质如氯化锂（LiCl）和氯化钾（KCl）的共熔体。 （2）按工作方式分 ①锂一次电池：又称锂原电池，只能将化学能一次性地转化为电能，放电结束后，电池弃置。 锂一次电池的种类很多，除均采用金属锂作负极材料外，其他如正极材料、电解质、隔膜、壳盖材料都不一样。目前常见的锂一次电池有锂二氧化锰电池系列、锂二氧化硫电池系列、锂亚硫酰氯电池系列、锂聚氟化碳系列、锂碘电池和锂二硫化铁电池等。 A、锂二氧化锰电池（Li/MnO2电池） 简称锂锰电池，是一种典型的有机电解质电池。它以锂为负极，二氧化锰为正极，电解质通常采用高氯酸锂（LiClO4），溶于体积比为1：1的碳酸丙烯酯（PC）和乙二醇二甲醚（DME）中，制成浓度为1mol/L的溶液。 特点：电压高，开路电压约为3.5V，工作电压为2.9V；比能量大，可达250W·h·kg-1，约为普通干电池的5倍；放电电压稳定可靠；贮存寿命达3年以上；自放电率低，年自放电率2％；工作温度范围宽，为-20～60℃。 锂锰电池由于采用廉价无公害的二氧化锰材料，热处理工艺简单，价格相对便宜，安全可靠，有利于大量生产和应用。是目前产量最高、产值最大、用途最广的锂一次电池。 B、锂二氧化硫电池（Li/SO2电池） 锂二氧化硫电池也是一种有机电解质锂电池，是目前研制的有机电解质溶液中综合性能最好的一种。负极为锂，正极为多孔电极，其活性物质为溶解在电解液中的SO2液体，电解液为在碳酸丙烯酯（PC）和乙晴（AN）的混合溶剂中溶解的浓度为1.8mol/L的溴化锂（LiBr）溶液。 优点：电压高（开路电压为2.95V，工作电压视放电率、环境温度而定，终止电压为2.0V）且放电电压平稳，电压精度高；比能量高，比功率高，可以大电流放电；工作温度宽，低温性能特别好，为锂电池之首；贮存寿命长，可在21℃下贮存5年后，容量仅下降5～10％。 缺点：锂电极与电解液接触会生成结构致密的连二亚硫酸锂膜，放电初期常常出现电压滞后现象；而且二氧化硫在25℃时呈气态，所以凡是能使电池温度升高的因素都会引起内压增加而造成危害。 Li/SO2电池价格较贵，主要用于高寒地带的军事电台、导弹点火、各式武器、传感器等。 C、锂亚硫酰氯电池（Li/SOCl2电池） 锂亚硫酰氯电池是一种典型的非水无机电解质电池。负极为金属锂，正极为多孔炭电极，活性物质为亚硫酰氯。 特点：放电电压高且放电曲线平稳，开路电压为3.65V，是目前锂一次电池中放电电压最高的一种电池；比能量高，是比能量最高的一种锂电池，可达500W·h·kg-1或1000W·h·L-1；比功率大，大功率鱼雷电池可达140W·kg-1；电池无内压，电压精度高；工作温度范围宽，可在-50～85℃工作；电池自放电率低，贮存寿命可达10～15年；电池成本低。 锂亚硫酰氯电池的发展仅次于锂锰电池，目前与锂锰电池分占锂一次电池的两大市场。近年来，在军事、工业及民用方面有广泛应用，主要用于记忆电路、导弹发射、导航设备、工业仪表、石油钻井、鱼雷动力源等。 ②锂离子二次电池 又称锂离子电池或锂蓄电池。锂离子电池是1990年由日本索尼公司研制出并首先实现商品化的，它的出现是二次电池历史上的一次飞跃，现已在可充电池领域占据了领先地位。 锂离子电池的正极材料是含锂的过渡金属氧化物，如氧化钴锂（LiCoO2 ）、氧化镍锂（ LiNiO2 ）和氧化锰锂（ LiMn2O4 ）等；负极材料是锂离子嵌入碳化合物，常用的碳素材料有石油焦（PC）、中间相炭微珠（MCMB）、碳纤维（CF）和石墨等；电解质是含锂盐的有机溶液，一般用六氟磷酸锂（LiPF6）的碳 酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）混合溶液；隔膜通常采用微孔聚丙烯（PP）和微孔聚乙烯（PE）或二者的复合膜。 ③锂激活式电池：闲置时电解液贮存于电解液室内，极组处于干态；使用时启动激活装置，迫使电解液挤进电池室内，电池即可使用。 ④锂热电池：使用时启动点火装置，加热片速燃，使电解质熔化，电池即可放电。 3.2 锂离子电池 3.2.1 工作原理 当对电池进行充电时，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，到达负极的