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关于锂离子电池制备技术及影响

摘要：

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、输出功率大、绿色

环保等突出优点。它们在生活中得到了广泛的应用。目前，我国在锂离子电池的

性能要求越来越高。围绕高性能装备用锂离子电池的技术创新和应用，对现有锂

离子电池的核心技术正极材料和制造工艺路线进行创新、开发和推广。

关键词：锂离子电池；制备技术；影响

引言：

锂离子电池的制造技术非常严格。在制造过程中，制造工艺也会相应地进行

调整和改进。例如，在锂离子电池电极的制造中，为了防止锂在没有碳材料的电

极的铜部分沉淀，有必要对电极进行改进。当然，技术的选择是由各种综合因素

决定的。这要求技术部门清楚地了解制造过程和每个零件的技术要点。

一锂离子电池结构及生产工序

1.1锂离子电池的结构

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外壳五部分组成。由于生产

工艺和外包装的不同，锂离子电池可以呈现多种外观形式，包括圆柱形、方形和

柔性包装；根据蓄电池绕组铁芯结构的不同，可分为绕组式和叠片式。根据用户

不同工况的要求，圆柱形电池选用单极耳或多极耳圆柱形绕线电池；方形电池和

软包装电池可选择使用方形绕线电池或叠层结构电池进行电池组装。

1.2锂离子电池主要生产工序

锂离子电池的生产工艺很多，工艺复杂。如果其中一个出现故障，锂离子电

池的性能就会随之降低。因此，必须要控制好每一环节，才能保障产品的质量。

根据生产的时间顺序，锂离子电池的制备可分为三个部分：电极制备、电池组装

和液体注入（见图1）。以圆柱形电池和软包装电池为例，介绍了其主要生产工

艺。

图1锂离子电池制备工序

二锂离子电池概述

（1）锂离子电池发展史

锂离子电池已成为最常见的二次储能元件。以往的锂电池是将单体锂制成负

极，二氧化锰或亚硫酰氯制成正极。锂作为原子半径最小的金属，具有电极电位

低、密度低的优点。此电池是一个主电池，无需充电即可使用。它已用于手表和

计算器等简单电子设备的按钮电池，但不能二次充电。这是因为充电时，外加电

压向负极提供电子，锂离子与电子结合沉淀。此时，树枝晶生成，当晶体连接正

极和负极时，它们将短路。除此之外，锂、钠等碱金属可以与层状化合物发生可

逆插层反应，生成插层化合物。研究人员将这些插层化合物应用于电化学领域。

1972年，电化学插层的概念在锂电池中取得了革命性的进展，一种新的二次锂电

池系统逐渐被提出。后来，科学家们发现了一种可以嵌入锂-石墨的材料。对于

亚纳米层间距的石墨，在石墨层里面有钠锂离子的嵌入，从而形成lixc6的层间

物质发生反应，因而，避免了树枝晶引起短路的重大安全问题。所以，锂离子二

次电池登上舞台，展现其魅力。

（2）锂离子电池工作原理

锂电池一般由正负极材料、多孔隔膜、流体收集器、电解液和各种外协包装

组成。其工作原理是锂离子在正负材料之间来回镶嵌和去镶嵌，伴随着氧化还原

反应，导致外部电路中的电子流动。其中，阴极主要使用锂和过渡金属氧化物，

为电池提供锂离子源。负极材料有很多种，主要包括碳、硅、金属及其氧化物以

及它们的复合材料。目前，钛酸锂和石墨是主要运用在商业化上。大多数正负极

材料都是粉末材料，需要集电器作为负载将其粘合和固定，然后将其用作电极。

隔膜通常是一种绝缘多孔聚合物膜，用于分离正负电极以避免短路，并使锂离子

自由通过。

三锂离子电池的失效表现

某些特定原因导致的电池性能衰减或使用性能异常都是会造成锂离子电池的

失效。锂离子电池的失效可以分为两类，即性能失效和安全失效。性能失效是指

电池性能不能满足使用要求及相关的指标，主要体现在容量衰减或跳水、循环寿

命短、倍率性能差、一致性差、易自放电和高低温性能衰减等。安全性失效是指

锂电池由于使用不当或者滥用，具有一定安全风险的故障，比如：热失控、胀气、

漏液、析锂、短路和膨胀形变等。

3.1容量衰减

容量衰减分为可逆和不可逆两种。可逆容量衰减可以通过改善电池使用环境

等措施进行恢复，不可逆容量衰减则不能通过措施改进恢复损失的容量。电池容

量衰减的本质原因在于材料本身的失效，同时与电池制造工艺，电池使用方式环

境等因素密切相关。比如正极材料的材料结构或者微结构发生变化导致的电接触

失效，石墨类负极材料表面的固态电解质界面相过度生长引发的