科技信息      教前沿                                年第  期锂离子电池的工作原理及其主要材料刘璐王红蕾张志刚 河北科技师范学院化学系河北秦皇岛      【摘、要】本文介绍了锂离子电池的发展概况并从电化学角度阐述其充放电过程的工作原理。同时对构成锂离子电池的主要材料正极材料负极材料电解质材料和隔膜进行了初步介绍。【关键词】锂离子电池工作原理主要材料经常使用以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石...

　　科技信息      教前沿                                年第  期锂离子电池的工作原理及其主要材料刘璐王红蕾张志刚 河北科技师范学院化学系河北秦皇岛      【摘、要】本文介绍了锂离子电池的发展概况并从电化学角度阐述其充放电过程的工作原理。同时对构成锂离子电池的主要材料正极材料负极材料电解质材料和隔膜进行了初步介绍。【关键词】锂离子电池工作原理主要材料经常使用以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石燃料使得能源结构不合理。环境污染严重以及由此引发的全球变暖和生态环境恶化受到慢慢的变多的关注。因此开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。锂离子电池作为一种薪型清洁、可再生的二次能源具有工作电压高、单位体积内的包含的能量大、质量轻等优点在手机、笔记本电脑、电动工具、数码相机等领域都得到了广泛应用。并显示出强劲的发展的新趋势。 锂离子电池的发展概况     年前后发明了锂离子电池    年实现了商品化【  。它是在锂电池的基础上发展而来的。锂电池的负极材料是金属锂正极材料是碳材称这种电池为锂电池。而锂离子电池的正极材料是锂嵌入化合物负极材料是碳材。为了有别于传统意义上的锂电池人们称之为锂离子电池。现在在我国市场上锂离子电池种类非常之多但  以上均为液态锂离子电池。新型的聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池因技术尚不成熟生产厂商很少。锂离子电池除了按电解液分为上述液态锂离子电池聚合物锂离子电池和全固态锂离子外按电池容量还可分为小型锂离子电池和大型锂离子电池。我们常见的手机电池属于前者而大型锂离子电池也称为动力电池则大范围的应用于电动工具电瓶车和电动汽车而且未来市场发展的潜力相当广阔   。 锂离子电池工作原理锂离子二次电池的反应实质上为一个  浓差电池图 表示了它的工作原理。一雹睫一憨一一 放电飘撤 盒勰琢 ・镪碳舷予耋 三一曼二、。焉予、”  旦童     二重妻・  “一   一       藉凇电躐怒电锂离子电池的主要材料有正极材料负极材料电解质材料和隔膜。  正极材料限制锂离子电池容量的关键是锂离子电池的正极材料目前已开发和正在开发的正极材料主要有金属氧化物、钒系正极材料、有机多硫化合物正极材料等   。目前商品化的锂离子电池几乎全部采用     。作为正极材料它具有工作电压高     放电平稳适合大电流放电比能量高循环性好制备工艺简单等优点   。     的理论放电容量为       实际容量约为       。     的合成方法主要有高温固相法、低温共沉淀法和凝胶法其中较成熟的是高温固相反应法 。     也有不足之处在充放电过程中“ 反复嵌入与脱出会造成     的结构在多次收缩和膨胀后发生从三方晶系到单斜晶系的相变同时导致     发生粒间松动而脱落使内阻增大容量减小。实际使用时       的容量一般被限制       否则过充会导致容量衰减和极化电压增大。同时价格高、安全性差、污染也大从而迫使人们对     掺杂其它过渡元素或直接开发替代品。正交橄榄石结构的磷酸铁锂         安全性能极佳是现在的研究热点   。具有一系列优点不含贵重元素原料廉价资源极大丰富工作电压适中     平台特性好电压极平稳理论容量大       曲结构稳定与大多数电解液系统相容性好储存性能好无毒为真正在绿色材料嗍。  负极材料提高负极材料对锂离子韵嵌入和脱出能力也是提高锂离子电池的容量的主要途径因此对负极材料尤其是碳材料的研究也非常关注。当前大多分布在在石墨类 天然石墨、人造石墨和石墨化碳 和非石墨类 软碳和硬碳 。石墨可分为天然石墨和人造石墨天然石墨一般约含  的碳杂质主要是   、     、     、   、   等。一般会用浮选法加以提纯将其在卤素气氛中进行高温热处理也能够获得高纯度微粉但不可以忽视在粉碎过程中会产生基层缺陷及其它各种缺陷导致结晶性某些特定的程度的破坏   。    年法国      发现锂一石墨层间化合物    年    提出一阶、二阶、三阶的化合物组成是。   。、    和     。以后人们发现二阶的是   。一   。之间的层间化合物。石墨类碳材料的插锂特性是①插锂电位低且平坦可为锂离子电池提供高的、平稳的工作电  二三二   艘啦压 示意蹦 艨理嘲图锂离子电池的工作原理示意图充电时“ 从正极脱出并嵌入负极品格正极处于贫锂态放电时“ 从负极脱出并插入正极正极为富锂态。为保持电荷的平衡充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递与   一起在正负极间迁移、使正负极发生氧化还原反应保持一定的电位。以石墨锂钴氧电池为例   充电时正极     中的锂离子迁出、经过电解液嵌入石墨的碳层问在电池内形成锂碳层间化合物放电时过程刚好相反即锂离子从石墨负极的层间迁出经过电解液进入正极     中。电池的各电极反应和电池的反应分别为负极                 正极       “            电池总反应            。             。锂离子电池的主要材料②插锂容量高    的理论容量为       ③与有机溶剂的相容能力差易发生溶剂共插入降低插锂性能。  电解质材料电解质作为电池的重要组成部分在正负极之问起着输送离子传导电流的作用选择合适的电解质也是获得高能量密度和功率密度、长循环寿命和安全性能好的锂离子二次电池的关键。锂离子电池电解质按其存在状态可分为液体电解质、固体电解质和熔融盐电解质。按其组成还可大致分为有机电解质、聚合物电解质和无机固体电解质   。对电解质的要求①离子导电率电解质一定要有良好的离子导电性而不能具有电子导电性一般温度范围内电导率要达         驾・    数量级之间。②锂离子迁移数阳离子是运载电荷的重要工具高的离子迁移数能减小电池在充放电过程中电极反应时的浓度极化使电池产生高单位体积内的包含的能量和功率密度较理想的离子迁移数应该接近 。⑧稳定性电解质一般存在于两个电极之间当电解质与电极接触时不希望副反应发生这就需要电解质有一定的电化学稳定性为得到一个合适的操作温度范围电解质一定要有好的耐热性。④机械强度好的电解质要有足够的机械强度满足常规的大规模 下转第  页万方数据

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