锂离子电池锰系5V正极材料的研究【文献综述】.doc

文献综述 化学 锂离子电池锰系5V正极材料的研究 摘要：能源的需求促使电池行业的不断发展，锂离子电池也随着其自身比容量大、无污染、无记忆效应等一些特性越来越受到人们的关注。锂离子电池的应用也从之前的电子设备如手机、笔记本电脑、相机等领域扩展到了电动车的动力能源中，而作为重要部分的正极材料人们对其进行的改性研究也不断地突破，将来必将朝着更安全、体积更小、比容量更大的方向发展。 研究历史/现状：当今社会讲究可持续发展，而与人类密切相关的能源也需要可持续发展。随着社会的进步，能源的消耗也逐渐增加，这与世界人口的增长、能源技术的进步和经济的发展密切相关。而随着能源消耗的增加，我们更多要考虑的是我们的环境问题和能源的再生问题。目前世界经济的能源支柱仍然是石油、天然气和煤炭等化石能源系统，而正是化石能源的过分使用造成环境的不断恶化，同时过分的开采一次能源对能源的可持续发展造成严重的威胁。寻求新的替代能源成为我们必需解决的首要问题。于是人们开始把研究的重点放在新能源材料的发现和合成等方面。锂离子电池是20世纪人们开发成功的一款新型高能电池，凭借着锂自身的优点，70年代诞生的锂原电池的优点促进了锂嵌入化合物的研究，1990年，日本的Nagoura等人研制成以LiCoO2为正极、石油焦作为负极的锂离子二次电池： LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2 1991年，日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池。1993年美国Bellcore电讯公司首先报道了采用PVdF工艺造成聚合物锂离子电池（PLIB）。而国内也在20世纪90年代相继设立了聚合物锂电池公司。[1-3] 锂离子电池根据其形态不同分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池。相对于液态锂离子电池，聚合物锂离子电池的容量稍微大一些，且聚合物电池不会发生漏液，电池材料也比较柔软可以制成任意形状和超薄型的电池。锂离子也由于工作电压高、体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长的优点得到广泛的认可。被大量应用于电子产品中，如手机、笔记本电脑、数码相机、IC卡电子翻译器等。[4] 图1-1 锂离子电池的结构示意图 也是由于锂离子电池的优越性，索尼公司自1992年起便着手开发用锂离子工作的的电动汽车。与传统的内燃机汽车相比，特别是在大气污染严重、全球二氧化碳排放过量的情况下，电动汽车凭借“零”排放占据着绝对的优势。1996年的北京电动汽车展览会上，三菱公司展出了他们以锂离子电池为动力的概念电动车。20世纪90年代美国、法国等国家针对环境问题对关于电动汽车的生产实施的一些政策也有助于锂离子电池的快速发展。[5-8] 锂离子市场经过20多年的快速发展，2008年之前的年增长速度超过13%。经历了2009年金融危机的回落后，随着应用领域的拓展而销量预计会大幅度上涨。而在IT领域的电子产品的销量稳数增长也将带动电池的销量。[9-10] 目前，电动车成为大家研究的热点，由于环境因素各国纷纷出台支持新能源汽车的生产，如中国的“十城千辆”示范行动，美国能源部出资20亿美金资助其余电池技术相关的所有供应链，德国政府拿出5亿欧元用于资助电动车的研发等。一些科学家还把方向转向军事应用中，把锂离子电池用到导弹等军事设备中去，这又给锂离子电池拓展了一个新的应用领域。[11-15] 随着电子技术的进步，锂离子电池的应用领域越来越广，其性能也越来越优越。LiMn2O4由于其价格低廉、环保无毒及充放电性能好等优点，曾备受人们的关注，被认为是动力电池正极材料的最好选择。目前市场上小部分的电池是锰系锂离子电池，之所以没有大规模推广锰系锂离子电池是因为其材料具有不可忽略的缺点：高温情况下容量衰减较快。这是研究锰系锂离子电池的一个瓶颈，人们在研究材料的过程中不断地寻找抑制其容量衰减的方法。随着人们对锰系锂离子电池的不断改善，其优势也更为明显，特别是在电动汽车电池和大型储备电源方面占据着绝对优势。今后必将得到更好的推广和应用。[16-17] 结语和展望 尽管锂离子电池具有其它电池所没有的优点，且锂离子电池现在在市场上应用非常广泛，但也存在一定的问题，尤其是安全性能的表征还未充分展开。但在锂离子电池领域，市场的拓展和技术的突破指日可待。 随着电子产业的迅猛发展以及我们一再强调的可持续发展和环境问题，未来的电池将朝着如下趋势发展： 重量减轻、体积变小、电流增大及安全性提高。 市场生产趋向于环境友好型电池，传统的镉镍电池由于镉的致癌污染将逐渐退出市场。 要减少汽车尾气排放或做到“零”排放，电动汽车和混合动力车将成为未来的主要交通工具，电动车电源将成为人们研究的热点。 就目前讲，越来越多的