鋰離子電池的應(yīng)用﹑研究與發(fā)展

1、鋰離子電池的研究與發(fā)展鋰離子電池的研究與發(fā)展 陳彬陳彬 目目 錄錄 鋰離子電池的應(yīng)用現(xiàn)狀鋰離子電池的應(yīng)用現(xiàn)狀1 鋰離子電池的充放電原理鋰離子電池的充放電原理2 未來市場發(fā)展和展望未來市場發(fā)展和展望4 材料的改進(jìn)材料的改進(jìn)3 1 鋰離子二次電池的起源鋰離子二次電池的起源 圖圖1.1 有關(guān)電池的發(fā)展歷史有關(guān)電池的發(fā)展歷史 圖圖 1.2 鋰離子電池在二次電池市場占有率的趨勢鋰離子電池在二次電池市場占有率的趨勢 鋰離子二次電池的發(fā)展鋰離子二次電池的發(fā)展 二次電池二次電池 市場上二次電池的種類市場上二次電池的種類 圖圖 1.3 商業(yè)化的二次電池種類商業(yè)化的二次電池種類 鋰離子電池的優(yōu)點鋰離子電池的優(yōu)點

2、電壓高電壓高 (Ni-Cd、Ni-H電池的電池的3倍倍 ); 比能量大比能量大 (2倍于倍于Ni-Cd，1.5倍于倍于Ni-MH); 循環(huán)壽命長循環(huán)壽命長 (500次以上次以上,甚至甚至1000次以上次以上); 安全性能好安全性能好,無公害無公害,無記憶效應(yīng)無記憶效應(yīng); 自放電小自放電小(低于低于Ni-Cd的的25-30%，Ni-MH的的 30-35%); 可快速充放電可快速充放電; 工作溫度范圍高，工作溫度范圍高， 重量小重量小 鋰離子電池的主要市鋰離子電池的主要市 場場 圖圖 1.4 鋰離子電池的主要應(yīng)用鋰離子電池的主要應(yīng)用 福特福特Escape混合動力車混合動力車 鋰離子電池的未來市場鋰

3、離子電池的未來市場 圖圖 1.5 鋰離子電池的拓展市場鋰離子電池的拓展市場 鋰鋰離子二次電池的發(fā)展離子二次電池的發(fā)展 圖圖 1.6 鋰離電池需求量預(yù)測鋰離電池需求量預(yù)測 隨著材料研發(fā)隨著材料研發(fā) 的不斷進(jìn)步和的不斷進(jìn)步和 電池電化學(xué)性電池電化學(xué)性 能的提高能的提高,鋰離鋰離 子電池仍然會子電池仍然會 快速增長快速增長,霸占霸占 著二次電池市著二次電池市 場場 鋰離子電池充放電原理鋰離子電池充放電原理 2 鋰離子電池的原理示意圖鋰離子電池的原理示意圖 DischargeCharge load ee Charge Discharge + Li + Li + Li Electrolyte + Li

4、+ Li + Li + Li + Li + Li + Li e e e e e e e e + _ Current Collector Current Collector Anode Cathode Li1-xCoO2 LixC6 以氧化鈷鋰為正極材料，石墨為負(fù)極材料的 以氧化鈷鋰為正極材料，石墨為負(fù)極材料的 鋰二次電池充放電示意圖鋰二次電池充放電示意圖 分別代表石墨炭原子、氧原子及鈷原 分別代表石墨炭原子、氧原子及鈷原 子子 圖圖 2.1 鋰離子電池的充放電原理示意圖鋰離子電池的充放電原理示意圖 xexLiCoOLiLiCoO 2x12 充電 放電 6 6CLixexLiC x 充電 放電

5、放電 62x12 6CLiCoOLiLiCoOC x 充電 正極反應(yīng)正極反應(yīng): 負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng): 總的反應(yīng)總的反應(yīng): 鋰離子電池的反應(yīng)機(jī)理鋰離子電池的反應(yīng)機(jī)理 電極反應(yīng)電極反應(yīng): : 可逆地嵌入和脫嵌可逆地嵌入和脫嵌LiLi+ +的過程的過程 電池材料的改進(jìn)電池材料的改進(jìn) 3 鋰離子電池的負(fù)極材料鋰離子電池的負(fù)極材料 石墨石墨: :作為碳材料中的一種，與鋰形成石墨嵌入化合物（作為碳材料中的一種，與鋰形成石墨嵌入化合物（Graphite Graphite Intercalation CompoundsIntercalation Compounds）LiCLiC6 6 . . 制備高純度和規(guī)整制

6、備高純度和規(guī)整 的微結(jié)構(gòu)碳負(fù)極材的微結(jié)構(gòu)碳負(fù)極材 料料, 巴基球巴基球C60 、 碳納米管和其它納碳納米管和其它納 米尺度的嵌鋰微結(jié)米尺度的嵌鋰微結(jié) 構(gòu)構(gòu).增加材料結(jié)構(gòu)的增加材料結(jié)構(gòu)的 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 特殊結(jié)構(gòu)的金屬氧特殊結(jié)構(gòu)的金屬氧 化物如新型錫復(fù)合化物如新型錫復(fù)合 氧化物基負(fù)極材料氧化物基負(fù)極材料. 質(zhì)量比能量較碳負(fù)質(zhì)量比能量較碳負(fù) 極材料大大提高極材料大大提高,電電 容量以及循環(huán)性能容量以及循環(huán)性能 得到提高得到提高 石墨材料的改性石墨材料的改性 引入非金屬元素：引入非金屬元素： H、B、N、Si 、P、S 等等 引入金屬元素：引入金屬元素：K、Mg、Al、Ga、V、Ni、Co、Cu、Fe

7、 等等 表面處理表面處理:氧化處理氧化處理采用碳包覆采用碳包覆包覆金屬及其氧化物包覆金屬及其氧化物聚合物包覆聚合物包覆 容量循環(huán)衰減容量循環(huán)衰減 未來市場發(fā)展和展望未來市場發(fā)展和展望 4 鋰離子二次電池的市場發(fā)展鋰離子二次電池的市場發(fā)展 鋰離子電池目前已經(jīng)成為鋰離子電池目前已經(jīng)成為便攜式電器便攜式電器(手機(jī)、筆記本電手機(jī)、筆記本電 腦等腦等) )標(biāo)配電源。標(biāo)配電源。 鋰離子電池作電動汽車鋰離子電池作電動汽車(EV)(EV)、混合電動汽車、混合電動汽車(HEV)(HEV)的的動動 力電源也會得到更廣泛應(yīng)用力電源也會得到更廣泛應(yīng)用。 在航空航天領(lǐng)域、軍事應(yīng)用、微型機(jī)電系統(tǒng)、動力負(fù)在航空航天領(lǐng)域、軍

8、事應(yīng)用、微型機(jī)電系統(tǒng)、動力負(fù) 荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)生物領(lǐng)域等方面，鋰離子電池會扮演越來生物領(lǐng)域等方面，鋰離子電池會扮演越來 越重要的角色。越重要的角色。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1. Kisuk Kang, Ying Shirley Meng, Julien Brger, Clare P. Grey, and Gerbrand 1. Kisuk Kang, Ying Shirley Meng, Julien Brger, Clare P. Grey, and Gerbrand Ceder, Electrodes with High Power and High Capacity for Rechar

9、geable Ceder, Electrodes with High Power and High Capacity for Rechargeable Lithium Batteries, Science 311 (2006) 977-980.Lithium Batteries, Science 311 (2006) 977-980. 2. Hiroyuki Nishide and Kenichi Oyaizu, Toward Flexible Batteries, Science 319 2. Hiroyuki Nishide and Kenichi Oyaizu, Toward Flexi

10、ble Batteries, Science 319 (2008) 737-738.(2008) 737-738. 3. Joe Alper, The Battery: Not Yet a Terminal Case, Science 296 (2002) 1224-3. Joe Alper, The Battery: Not Yet a Terminal Case, Science 296 (2002) 1224- 1226. 1226. 4. 4. 吳宇平等編著吳宇平等編著, ,鋰離子二次電池鋰離子二次電池 , ,化學(xué)工業(yè)出版化學(xué)工業(yè)出版(2002),P99-103.(2002),P99-

11、103. 5. Y. Kim, H.S. Kim, S.W. Martin, Synthesis and electrochemical 5. Y. Kim, H.S. Kim, S.W. Martin, Synthesis and electrochemical characteristics of Al2O3-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode materials for characteristics of Al2O3-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode materials for lithium ion batteri

12、es, Electrochimica Acta 52 (2006) 1316-1322.lithium ion batteries, Electrochimica Acta 52 (2006) 1316-1322. 6. L. Liu, Z. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, Al2O3-coated LiCoO2 as cathode 6. L. Liu, Z. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, Al2O3-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion batteries, So

13、lid State Ionics 152-153 (2002) 341-material for lithium ion batteries, Solid State Ionics 152-153 (2002) 341- 346.346. 7. Robert F. Service, Shrinking Dimensions Spur Research Into Ever-Slimmer 7. Robert F. Service, Shrinking Dimensions Spur Research Into Ever-Slimmer Batteries, Science 308 (2005)

14、786.Batteries, Science 308 (2005) 786. 8.8. Jaephil ChoJaephil Cho* *, , VOx-coated LiMn2O4 nanorod clusters for lithium battery VOx-coated LiMn2O4 nanorod clusters for lithium battery cathode materialscathode materials, , Journal of Materials Chemistry 18 (2008) 22572261.Journal of Materials Chemis

15、try 18 (2008) 22572261. 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 9. Lifen Xiao et al .Enhanced electrochemical performance of submicron LiCoO2 9. Lifen Xiao et al .Enhanced electrochemical performance of submicron LiCoO2 synthesized by polymer pyrolysis method, Journal of Solid State synthesized by polymer pyrolysis method, Journa

16、l of Solid State Electrochemistry (2008) 12:149153Electrochemistry (2008) 12:149153. . 10. S. Castro-Garc, A. Castro-Couceiro, M.A. Senarir-Rodriuez, F. Soulette, C. 10. S. Castro-Garc, A. Castro-Couceiro, M.A. Senarir-Rodriuez, F. Soulette, C. Julien, Influence of aluminum doping on the properties

17、of LiCoO2 and Julien, Influence of aluminum doping on the properties of LiCoO2 and LiNi0.5Co0.5O2 oxides, Solid State Ionics 156 (2003) 15-26.LiNi0.5Co0.5O2 oxides, Solid State Ionics 156 (2003) 15-26. 11. H. Cao, B. Xia, Y. Zhang, N. Xu, LiAlO2-coated LiCoO2 as cathode material 11. H. Cao, B. Xia,

18、Y. Zhang, N. Xu, LiAlO2-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion batteries, Solid State Ionics 176 (2005) 911-914.for lithium ion batteries, Solid State Ionics 176 (2005) 911-914. 12. J.C. Arrebola, A. Caballero, L. Hern, J. Morales, PMMA-assisted synthesis 12. J.C. Arrebola, A. Caballero,

19、L. Hern, J. Morales, PMMA-assisted synthesis of Li1-xNi0.5Mn1.5O4-d for high-voltage lithium batteries with expanded of Li1-xNi0.5Mn1.5O4-d for high-voltage lithium batteries with expanded rate capability at high cycling temperatures, Journal of Power Sources 180 rate capability at high cycling temperatures,