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未来的研究方向 A.固体聚合物电解质 聚氧化乙烯（PEO） B.纳米电极材料 C.新型电池 聚合物锂离子电池 动力锂离子电池 包括液态动力锂离子电池和聚合物理离子动力电池 高性能锂电池 锂离子电池介绍 材化一班 白煜尧 工作原理 主要结构 电池种类 主要优点 应用前景 未来研究方向 目 录 工作原理 锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。 以碳素材料为负极，含锂的化合物为正极。 锂离子电池的充电放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。 正极:LiCoO2 → Li1-xCoO2+xLi++xe- 负极:6C+xLi++xe-→ LixC6 总: 6C+LiCoO2 → Li1-xCoO2+LixC6 以LiCoO2为正极材料的锂离子电池 充电 锂离子电池一般用钴酸锂做正极，碳做负极，中间填充电解液以形成离子游离的通道，用隔膜来分离正负极防止短路。当充电时由于电场作用锂离子从钴酸锂中游出，游离在电液中穿过隔膜中的孔隙，到达负极与碳反应生成碳化锂；放电过程与此相反，锂离子又回到正极，这就是锂离子电池的充放电过程。 区分：锂金属电池： 锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。 放电反应：Li+MnO2=LiMnO2 一般不可充电，用非水电解质溶液，金属锂电池跟普通干电池的原理一样，它是用金属锂作为电极，通过金属锂的腐蚀或叫氧化来产生电能的，用完就废了，不能充电。 主要结构 正极材料：锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2 、LiFePO4或LiXMnO2 负极材料：锂-碳层间化合物LiXC6 电解质溶液：溶解有锂盐LiPF6 、 LiAsF6等有机溶液 SEI膜：只允许锂离子通过，其它溶剂分子不能通过 正极材料的要求 1. 具有较高的氧化还原电位，使 电池输出电压高 2. 可利用活性物质高，容量高 3. 充放电过程中，结构稳定 4. 氧化还原电位变化小 5. 化学稳定性好，与电解质反应小 6. 较高的电子和离子导电率，大电流充放电性能好 7. 价格便宜，对环境无污染 类别 安全 性能 比容量 mAh/g 循环寿命/次 电压 平台 材料成本 所占成本比重 适合领域 钴酸锂 差 145 ＞500 3.6 高 40% 中小型移动电池 锰酸锂 较好 105 ＞ 500 3.7 低 25% 对体积不敏感的中型动力电池 三元素 较好 160 ＞800 3.6 较高 33% 中小型动力电池 磷酸铁锂 很好 150 ＞1500 3.2 低廉 25% 对体积不敏感的大型动力电源 几种正极材料应用优劣势比较 目前，磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池，已成为世界各国竞相研究和开发的重要方向。 负极材料 大多数锂离子电池均采用碳材料作为负极。 除碳负极材料外，还有锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料 、是合金类负极材料 、纳米级负极材料等。 负极材料的要求 较低的氧化还原电位，使电池输出电压高 嵌锂量大，容量高 充放电过程中，结构稳定 充放电过程中，氧化还原电位变化小 稳定性好，与电解质反应小 良好的表面结构，形成良好的SEI膜 较高的电子和离子导电率，大电流充放电性能好 价格便宜，对环境无污染 常见负极材料 金属锂负极 碳负极 电解液负极 金属锂负极 由于锂在溶解沉积的过程中生成枝晶，导致电极的表面积不断增大，新增加的表面由于生成SEI膜导致与集体的接触不良，因此锂的溶解沉积效率较低。 充电前　　　　　　　充电后 碳负极材料 碳材料是目前最为理想的锂离子电池负极材料，嵌锂碳材料可用LixC6表示，当X=1时达到最高的理论嵌锂量，理论比容量为372 mAh/g。石墨和中间相碳微球（MCMB）是实际应用最广泛的两类碳材料。 石墨　　　　　　　　　碳微球 电解液 有机溶剂： 乙烯碳酸酯（EC） 丙烯碳酸酯（PC） 碳酸二甲酯（DMC） 碳酸二乙酯（DEC） 电解质（锂盐）： LiPF6 常用 LiClO4 不安全 LiAsF6 有毒 LiBF4 电导率低