鋰離子電池介紹

關(guān)于鋰離子電池介紹摘要1鋰離子二次電池的概況2鋰離子電池的原理和特性3鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景4鋰離子電池材料第2頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰是金屬中最輕的元素，且標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-3.045V，是金屬元素中電位最負(fù)的一個(gè)元素。且鋰離子可以在TiS2和MoS2等嵌入化合物中嵌入或脫嵌。鋰離子電池：分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作的獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。第3頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月

電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高比能量的移動(dòng)電源需求量加劇。鋰離子電池是一種理想的可移動(dòng)電源，具有體積小，重量輕，放電電壓高，比能量大等優(yōu)點(diǎn)。自從1990年SONY公司推出世界上第一只鋰離子電池，到2001年為止，整個(gè)市場(chǎng)每年約4億只該類電池用于純消費(fèi)類電子產(chǎn)品。便攜式攝像機(jī)、移動(dòng)電話、手提電腦等95％以上使用鋰離子二次電池作為主要電源。1鋰離子二次電池的概況第4頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的歷史第5頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)1、高能量密度：100Wh/Kg以上，為鎳鎘電池的三倍，鎳氫電池的兩倍；2、電壓平臺(tái)高：3.6V，鎳基電池為1.2V；3、低溫下工作優(yōu)：在-20～60℃的溫度范圍內(nèi)工作，低溫下的工作優(yōu)于其它電池；4、低維護(hù)性：沒(méi)有記憶效應(yīng)，無(wú)需定期放電，最理想的保存方式，就是在40%充電后冷藏保存，可以保存達(dá)十年之久；5、低自放電率：約6％/月；6、長(zhǎng)循環(huán)壽命(＞1000次，100％DOD)；7、環(huán)保：無(wú)重金屬，無(wú)污染。第6頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月第7頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)鎘鎳、氫鎳、鋰離子蓄電池性能對(duì)比第8頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的缺點(diǎn)1、安全性能問(wèn)題：需復(fù)雜的保護(hù)線路；2、放電倍率低：1C~2C；3、易于老化：存儲(chǔ)的鋰離子電池照樣會(huì)容量衰竭；4、價(jià)格昂貴。第9頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月

一般認(rèn)為，鋰離子電池起火爆炸是由于其內(nèi)部化學(xué)原理和成分導(dǎo)致的。由于人們想在單位密度中儲(chǔ)存更多的能量，這就導(dǎo)致了鋰離子電池中碳、氧和易燃液體的含量不斷增加。與此同時(shí)除了正極、負(fù)極以及隔離膜之外，鋰離子電池內(nèi)部還充滿了一種非常易燃的液體—鋰鹽類電解質(zhì)。電池充電時(shí)，負(fù)極的鋰離子向正極移動(dòng)，電池在使用過(guò)程中，鋰離子又回到負(fù)極以提供能量。在充完電的狀態(tài)下，失去大部分離子的負(fù)極非常不穩(wěn)定。這個(gè)溫度足以使負(fù)極分解和釋放氧。隨著熱量積蓄，電池將會(huì)進(jìn)入“熱失控”狀態(tài)。此時(shí)電池內(nèi)部的溫度將會(huì)極快地升高，最后到達(dá)電解液的燃點(diǎn)而起火爆炸。在最近導(dǎo)致眾多大廠筆記本電腦過(guò)熱和起火的SONY鋰電池中，正是因?yàn)樵陔姵刂圃爝^(guò)程中混入了過(guò)多的金屬顆粒，容易在電池使用過(guò)程中發(fā)生短路、產(chǎn)生火花。才導(dǎo)致了這些鋰離子電池的不穩(wěn)定。第10頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為1、液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IB)2、聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IP)相同點(diǎn)：液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2，負(fù)極使用各種碳材料如石墨，同時(shí)使用鋁、銅做集流體。區(qū)別：主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來(lái)代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。第11頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類第12頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類

由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會(huì)象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高。基于以上優(yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。第13頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月1鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類按形狀分類：圓柱形、方形和扣式(或錢幣形)；按正極材料分類：氧化鈷鋰型、氧化鎳鋰型和氧化錳鋰型第14頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的工作原理第15頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的工作原理第16頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的工作原理第17頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性以LiCoO2體系的鋰離子二次電池為例說(shuō)明其工作原理。一般，鋰離子二次電池是由正極、電解液、隔膜以及負(fù)極構(gòu)成。充電時(shí)，正極中的鋰離子從LiCoO2層狀結(jié)構(gòu)中脫出，Co元素的化合價(jià)由＋Ⅲ升高到＋Ⅳ，正極材料發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)鋰離子經(jīng)過(guò)電解液遷移到電池的負(fù)極，在負(fù)極碳材料的層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)和碳化合生成LiCX。電池在接上負(fù)載時(shí)，則兩電極上所發(fā)生的反應(yīng)分別為充電時(shí)發(fā)生反應(yīng)的逆反應(yīng)。隔膜位于正負(fù)反應(yīng)電極之間，隔膜可以透過(guò)離子，但卻不允許電子透過(guò)，同時(shí)當(dāng)電池正負(fù)極發(fā)生一定程度的微短路時(shí)，隔膜還起到阻斷保護(hù)作用。鋰離子電池的工作原理第18頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性電極反應(yīng)鋰離子電池的工作原理第19頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月

鋰離子電池的額定電壓為3.6V。電池充滿時(shí)的電壓（稱為終止充電電壓）一般為4.2V；鋰離子電池終止放電電壓為2.5V。如果鋰離子電池在使用過(guò)程中電壓已降到2.5V后還繼續(xù)使用，則稱為過(guò)放電，對(duì)電池有損害。2鋰離子電池的原理和特性

鋰離子電池比較驕貴。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降等現(xiàn)象。因?yàn)殇囯x子電池對(duì)溫度、過(guò)壓、過(guò)流及過(guò)放電很敏感，所以所有的電池內(nèi)部均集成了熱敏電阻（監(jiān)控充電溫度）及防過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)放電保護(hù)電路。鋰離子電池的工作原理第20頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電原理Iconst：恒流充電電流；

Ipre：預(yù)充電電流；

Ifull：充滿判斷電流；

Vconst：恒壓充電電壓；Vmin：預(yù)充結(jié)束電壓及短路判斷電壓第21頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電過(guò)程分：預(yù)充電階段；恒流充電階段-恒壓充電階段。1C4.1V一4.2V鋰離子電池的充電原理第22頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性

預(yù)充電階段預(yù)充電階段是在電池電壓低于3V時(shí)，電池不能承受大電流的充電。這時(shí)有必要以小電流對(duì)電池進(jìn)行浮充。鋰離子電池的充電原理第23頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性

恒流充電階段當(dāng)電池電壓達(dá)到3V時(shí)，電池可以承受大電流的充電了。這時(shí)應(yīng)以恒定的大電流充電。以使鋰離子快速均勻轉(zhuǎn)移，這個(gè)電流值越大，對(duì)電池的充滿及壽命越有利。鋰離子電池的充電原理第24頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性恒壓充電階段當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)，達(dá)到了電池承受電壓的極限。這時(shí)應(yīng)以4.2V的電壓恒壓充電。這時(shí)充電電流逐漸降低。當(dāng)充電電流小于30mA時(shí)，電池即充滿了。這時(shí)要停止充電。否則，電池因過(guò)充而降低壽命。恒壓充電階段要求電壓控制精度為1%。依國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池要能在1C的充電電流下，可以循環(huán)充放電500次以上。依一般的電池使用三天一充。這樣電池的壽命應(yīng)在4年。鋰離子電池的充電原理第25頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性恒壓式充電原理圖

當(dāng)沒(méi)電的電池插在這種充電器上時(shí)，充電器即以最大的電流為電池充電。如果在鋰離子電池最虛弱的低壓時(shí)（低于2.5V）就以大電流沖擊，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。

另外，這類的充電器均為直接市電220V接入，轉(zhuǎn)換為5V的低壓直流。因?yàn)檗D(zhuǎn)換效率低下，會(huì)產(chǎn)生大量的熱。熱量直接疊加在了電池上，使電池溫度過(guò)高，這對(duì)電池有很大損害。鋰離子電池的充電原理第26頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電方法標(biāo)準(zhǔn)充電：在環(huán)境溫度20±5℃的條件下，以0.5C5A恒流充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓4.20V時(shí)，改為恒壓充電，直到充電電流小于10mA，停止充電?？焖俪潆姡涸诃h(huán)境溫度20±5℃的條件下，以1C5A恒流充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓4.2V時(shí)，改為恒壓充電，直到充電電流小于10mA，停止充電。第27頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電方法第28頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的放電特性在較高放電率下(1.0C以上)，雖然放電電壓有所下降，但截止到2.5V終止電壓時(shí)的放電容量卻降低很少。第29頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的高溫性能

電池充電結(jié)束后，將電池放入60±2℃的高溫箱中恒溫2h，然后以1C5A電流恒流放電至2.75V。放電時(shí)間不小于54分鐘。后將電池取出在環(huán)境溫度20±5℃的條件下擱置2h,電池外觀無(wú)變形、無(wú)爆裂。第30頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的低溫特性

電池充電結(jié)束后，將電池放入-10±2℃的低溫箱中恒溫2h后，以0.5C5A電流恒流放電至終止電壓2.75V。放電時(shí)間不小于1.8h。后將電池取出在環(huán)境溫度20±5℃的條件下擱置2h，電池外觀無(wú)變形、無(wú)爆裂。第31頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的溫度特性放電平臺(tái)電壓有明顯下降，但放電容量相差不大。第32頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的循環(huán)壽命在環(huán)境溫度20±5℃的條件下，以1C5A恒流充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓時(shí)，改為恒壓充電，直到充電電流為10±5mA，停止充電；擱置0.5h－1h，然后以1C5A電流恒流放電至終止電壓2.75V，擱置0.5h~1h，再進(jìn)行下一個(gè)充放電循環(huán)。直至連續(xù)兩次放電容量小于80%的1C5A放電容量，認(rèn)為壽命終止，循環(huán)壽命不小于300次。內(nèi)阻的增加，導(dǎo)致充電不足第33頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的儲(chǔ)存特性0℃25℃40℃60℃第34頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的安全評(píng)估第35頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性過(guò)充試驗(yàn)

利用恒定電流持續(xù)給電芯充電，設(shè)定固定電壓上限。電芯內(nèi)部在負(fù)極上產(chǎn)生鋰離子枝晶，刺穿隔膜是通過(guò)該試驗(yàn)最大的威脅。鋰離子電池的安全評(píng)估第36頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月短路試驗(yàn)2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的安全評(píng)估用小電阻的導(dǎo)線直接連接正負(fù)極，使電池形成超大電流回路，電池內(nèi)部快速升溫第37頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的安全評(píng)估針刺試驗(yàn)用鐵針垂直穿透電池，持續(xù)形成內(nèi)部短路第38頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性熱沖擊

把電芯放入高溫箱中，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的速度升溫，持續(xù)的高溫導(dǎo)致內(nèi)部隔膜熔化，形成大面積內(nèi)部短路。鋰離子電池的安全評(píng)估第39頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性如何采購(gòu)

1、選擇使用錳酸鋰材料的電池；

2、委托權(quán)威部門進(jìn)行安全性的檢測(cè)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)；

3、開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)間、大量的安全測(cè)試，以檢測(cè)保護(hù)電路、電芯的可靠性；

4、選擇有實(shí)力的供應(yīng)商為合作伙伴。聯(lián)想集團(tuán)開(kāi)發(fā)的安全鋰離子電池鋰離子電池的安全評(píng)估第40頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的結(jié)構(gòu)正極材料一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。第41頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性負(fù)極材料做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第42頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的電解液是有機(jī)溶劑和無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。室溫電導(dǎo)率平均約為-1×10-3S/cm，比水溶液電解質(zhì)低近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，為了使商品鋰離子電池能在較高電流下充、放電，電極必須很薄，以增加電極的總面積，降低電極的實(shí)際工作電流密度。電解液鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第43頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性隔膜隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險(xiǎn)作用。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第44頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。2鋰離子電池的原理和特性外殼鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第45頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性此結(jié)構(gòu)一般為液態(tài)鋰離子電池所采用,也是最古老的結(jié)構(gòu)之一，偶爾在較早的手機(jī)上還能找到它的影子。目前大多數(shù)用在筆記本電腦的電池組里面。安全閥正溫度系數(shù)的電阻元件卷邊壓縮密封鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第46頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性現(xiàn)今最普遍的液態(tài)鋰離子電池形態(tài)，廣泛的應(yīng)用在各個(gè)移動(dòng)電子設(shè)備的電池組里面，特別是手機(jī)電池。左圖畫(huà)面是sanyo生產(chǎn)的UP383450，即3.8mm*34mm*50mm，標(biāo)稱容量達(dá)到650mAh。方形電池的正極往是一種金屬—陶瓷或金屬—破璃絕緣子．它實(shí)現(xiàn)了正極與殼體之間的絕緣。激光焊接鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第47頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性此種可充電的鋰離子電池不常見(jiàn)，容量不大在幾個(gè)到幾十mAh之間,應(yīng)用領(lǐng)域也不廣泛。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)第48頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月2鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的命名圓柱形鋰離子二次電池的命名：用三個(gè)字母和5位數(shù)字來(lái)表示，前兩個(gè)字母表示鋰離子電池(LI)，后一個(gè)字母表示圓柱形(R)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大直徑，后三位數(shù)字表示以0.lmm為單位的最大高度，如LIR18650即表示直徑為18mm，高65mm的圓柱形鋰離子電池。方形鋰離子二次電池的命名：用三個(gè)字母和6位數(shù)字來(lái)表示，前兩個(gè)字母表示鋰離子電池(LI)，后一個(gè)字母表示方形(S)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大厚度，中間兩位數(shù)字表示以mm為單位的寬度，后兩位數(shù)字以mm為單位的最大高度，如LIS043048即表示厚度為4mm，寬30mm，高48mm的方形鋰離子電池。第49頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月3鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景鋰離子電池的應(yīng)用手機(jī)中的鋰離子電池第50頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月3鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景鋰離子電池的應(yīng)用電動(dòng)自行車中的鋰離子電池第51頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月3鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景電動(dòng)汽車中的鋰離子電池鋰離子電池的應(yīng)用第52頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月3鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景鋰離子電池的發(fā)展方向發(fā)展電動(dòng)汽車用大容量鋰離子電池開(kāi)發(fā)及使用新的高性能電極材料加速聚合物理離子電池的實(shí)用化進(jìn)程第53頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)材料第54頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料鋰離子電池負(fù)極材料演變過(guò)程第55頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——金屬鋰比容量最高的負(fù)極材料負(fù)極：金屬鋰固態(tài)電解質(zhì)界面膜SEI直接使用金屬鋰仍處于研究階段彌散態(tài)的鋰枝晶軟短路局部溫度升高硬短路第56頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——金屬鋰為了解決這一問(wèn)題，主要在三個(gè)方面展開(kāi)研究：①尋找替代金屬鋰的負(fù)極材料；②采用聚合物電解質(zhì)來(lái)避免金屬鋰與有機(jī)溶劑反應(yīng)；③改進(jìn)有機(jī)電解液的配方，使金屬鋰在充放電循環(huán)中保持光滑均一的表面。前兩個(gè)方面已取得重大進(jìn)展。優(yōu)點(diǎn)：比容量高缺點(diǎn)：安全性差，循環(huán)性差第57頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——合金類負(fù)極材料優(yōu)點(diǎn)：避免了枝晶的生長(zhǎng)，提高了安全性。主要問(wèn)題：在反復(fù)循環(huán)過(guò)程中，鋰合金將經(jīng)歷較大的體積變化，電極材料逐漸粉化失效，合金結(jié)構(gòu)遭到破壞。主要材料：LiAlFe、LiPb、LiAl、LiSn、LiIn、LiBi、LiZn、LiCd、LiAlB、LiSi等含鋰合金第58頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——合金類負(fù)極材料復(fù)合體系的采用，解決了維度不穩(wěn)定的缺點(diǎn)：①采用混合導(dǎo)體全固態(tài)復(fù)合體系：即將活性物質(zhì)(如LixSi)均勻分散在非活性的鋰合金中，其中活性物質(zhì)與鋰反應(yīng)．非活性物質(zhì)提供反應(yīng)通道；②將鋰合金與相應(yīng)金屬的金屬間化合物混合，如將LixAl臺(tái)金與Al3Ni混合；③將鋰合金分散在導(dǎo)電聚合物中，如將LixAl、LixPb分散在聚乙炔或聚并苯中。其中導(dǎo)電聚合物提供一個(gè)彈性、多孔、有較高電子和離子電導(dǎo)率的支撐體；④將小顆粒的鋰合金嵌入到一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支撐體中。效果：提高了鋰合金體系的維度穩(wěn)定性，但仍不能達(dá)到實(shí)用化的程度。含鋰合金第59頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——合金類負(fù)極材料非鋰合金主要材料1、納米級(jí)(大于100nm)的Sn及SnSb、SnAg金屬間化合物（電沉積的方法）；2、Sn0.88Sb合金（化學(xué)沉積法）；3、SnFe／SnFeC復(fù)合材料體系；4、CuSn5合金；5、納米硅基復(fù)合材料。合金類負(fù)極材料的最佳選擇納米合金復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)：在充放電過(guò)程中絕對(duì)體積變化較小，電極結(jié)構(gòu)有較高的穩(wěn)定性。納米材料的比表面積很大，存在大量的晶界，有利于改善電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能。第60頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料優(yōu)點(diǎn)1、電池的安全性大大提高；2、在充放電過(guò)程中不會(huì)形成鋰枝晶，避免了電池內(nèi)部短路，大大延長(zhǎng)了電池的壽命；3、充放電可逆性好；4、容量大；5、放電平臺(tái)低。缺點(diǎn)：容量循環(huán)衰減主要材料：石墨、碳纖維、石油焦、無(wú)序碳和有機(jī)裂解碳等。日本索尼：硬碳三洋公司：天然石墨松下公司：中間相碳微珠第61頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料一般制備負(fù)極材料的方法：①在一定高溫下加熱軟碳得到高度石墨化的碳；②將具有特殊結(jié)構(gòu)的交聯(lián)樹(shù)脂在高溫下分解得到硬碳；③高溫?zé)岱纸庥袡C(jī)物和高聚物制備含氫碳。第62頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料碳的同素異形體金剛石富勒烯石墨無(wú)定形碳亂層石墨第63頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料石墨六方石墨三方石墨范德華力第64頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料鋰石墨嵌入化合物鋰嵌入石墨層間，形成多級(jí)嵌人化合物．屬于施主型嵌入化合物。一級(jí)嵌鋰化合物L(fēng)iC6鋰是完全離子化的第65頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料電化學(xué)容量電化學(xué)容量：通常指單位質(zhì)量的活性物質(zhì)充電或放電到最大程度時(shí)的電量，一般用mAh／g表示。石墨類碳的充電機(jī)理是鋰離子可逆地嵌入石墨層間，嵌入量一般不應(yīng)超過(guò)LiC6，相應(yīng)電化學(xué)容量為372mAh/g。石墨類碳的電化學(xué)容量Q與石墨結(jié)構(gòu)無(wú)序度P的關(guān)系為Q＝372(1—P)第66頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料電化學(xué)容量嵌入石墨層間在石墨層間形成最近鄰的堆積插入到碳材料的空腔在雜原子取代的碳中與雜原子相互作用在六方石墨與菱形石墨相共存形成的缺陷位富集在石墨a—b面形成多層吸附在石墨a—b面和邊緣面形成活性位吸附鋰石墨第67頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料天然石墨結(jié)構(gòu)參數(shù)和電化學(xué)容量菱形石墨含量越高，電化學(xué)容量越大電化學(xué)容量第68頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料電化學(xué)容量?jī)?chǔ)鋰機(jī)制：當(dāng)鋰嵌入到熱解炭中，弱的C—H鍵斷裂，Li取代H形成C—Li鍵。相反．脫嵌時(shí)，弱的C—H鍵恢復(fù)，這樣C—H鍵的破裂和恢復(fù)就使低溫?zé)峤馓坑懈哂谑碚撊萘康母郊尤萘?。低溫?zé)峤馓康目赡嫒萘吭?00mAh/g—900mAh/g之間第69頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料不可逆容量損失不可逆容量損失：在充放電過(guò)程中，電極的充放電效率低于100％，即放電的電化學(xué)容量低于充電，損失的部分被稱為不可逆容量損失。通常由電極表面發(fā)生的不可逆副反應(yīng)引起。第70頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料不可逆容量損失固態(tài)電解質(zhì)界面膜SEI主要組成為L(zhǎng)i2CO3、ROCO2LiSEI主要在第一次充放電時(shí)產(chǎn)生，是不可逆容量損失的主要來(lái)源。此外，還影響電極的自放電、循環(huán)性、低溫性能、安全性和功率密度。第71頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料電極電位電極反應(yīng)室溫下碳電極的電極電位理想的負(fù)極材料的電極電位應(yīng)與金屬鋰接近．隨鋰的嵌入量不同變化不大。石墨的電極電位從0.4V到0.0V(相對(duì)于Li+/Li)之間變化，是比較合適的負(fù)極材料。鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料第72頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料充放電倍率充放電電流I＝C／N。其中C為電池的額定容量值：N為放電小時(shí)數(shù)。一個(gè)容量為2Ah的電池以20小時(shí)率(或0.05C，或0.05倍率)放電，則I＝100mA。I值的大小反映了電池充放電的快慢，主要與電池內(nèi)部各種電極過(guò)程的速率有關(guān)。鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料第73頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月影響因素：鋰離子在正負(fù)極材料內(nèi)部的擴(kuò)散速率、電極表面的電化學(xué)反應(yīng)速率、鋰離子在電極/電解質(zhì)界面的擴(kuò)散速率以及鋰離子在電解質(zhì)中的離子遷移率。4鋰離子電池材料充放電倍率液體電解質(zhì)碳負(fù)極材料體系：鋰離于在石墨層問(wèn)的嵌入與脫出的速率決定了電池的充放電倍率。增加邊緣面取向及增大比表面積鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料第74頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料循環(huán)性循環(huán)性：電極材料在反復(fù)充放電過(guò)程中保持電化學(xué)容量的能力。影響因素：電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性。碳材料10％的體積變化鋰離子電池負(fù)極材料——碳負(fù)極材料第75頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池負(fù)極材料——氧化物負(fù)極材料1、含鋰氧化物，如LiWO2、Li6Fe2O3、LiNd2O5等；2、以SnO2為基的負(fù)極材料，其中M1、M2為Si、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、As、Sb，M4為O、S、Se、Te。性能較好的是SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6。主要是無(wú)定形錫基復(fù)合氧化物，容量高，但不可逆容量損失不可避免。3、Li4Ti5O12，是一種很好的負(fù)極候選材料，相對(duì)于金屬理的電位是1.5V，因而與4V正極材料LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4配對(duì)．形成2.5V的電他。鋰的嵌入和脫嵌不產(chǎn)生應(yīng)變(零應(yīng)變材料)，因而有很好的循環(huán)壽命。第76頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料的要求替代金屬鋰的理想的負(fù)極材料應(yīng)滿足以下要求：(1)在鋰嵌入的過(guò)程中電極電位變化較小，并接近金屬鋰；(2)有較高的比容量；(3)有較高的充放電效率；(4)在電極材料內(nèi)部和表面，鋰離子具有較高的擴(kuò)散速率；(5)具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性：(6)價(jià)格低廉，容易制備。研究的主要方向是開(kāi)發(fā)高容量的負(fù)極材料第77頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料對(duì)鋰離子電池正極材料的要求（1）正極材料應(yīng)有較高的電極電位，使電池有較高的輸出電壓；

（2）鋰離子能夠在正極材料中大量的可逆地嵌入和脫嵌，以使電池有高的容量；

（3）在鋰離子嵌入/脫嵌過(guò)程中，正極材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能不發(fā)生變化或小發(fā)生變化，以保證電池良好的循環(huán)性能；

（4）正極的氧化還原電位在鋰離子的嵌入/脫嵌過(guò)程中變化應(yīng)盡可能小，使電池的電壓不會(huì)發(fā)生顯著變化，以保證電池平穩(wěn)地充電和放電；

（5）正極材料在鋰離子的嵌入/脫嵌過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)不發(fā)生塌陷，使電池的電壓不會(huì)發(fā)生顯著變化，以保證電池安全性；

（6）正極材料應(yīng)有較高的電導(dǎo)率，能使電池大電流地充電和放電；

（7）正極不與電解質(zhì)等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

（8）鋰離子在電極材料中應(yīng)有較大的擴(kuò)散系數(shù)，便于電池快速充電和放電；

（9）價(jià)格便宜，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。第78頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料電極電位鋰離子電池正極材料1、作為電極材料參與電化學(xué)反應(yīng)；2、作為鋰離子源。大多數(shù)是含鋰的過(guò)渡金屬化合物，而且以氧化物為主。第79頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)LiMeO2氧化物正極材料的基本結(jié)構(gòu)（1）RLi或Li+>RMeMe與O形成共價(jià)鍵緊密配合，固定在八面體位置上。Li+從八面體的一個(gè)位置向另一個(gè)位置移動(dòng)，是借助于晶格振動(dòng)和氧離子擺動(dòng)。振動(dòng)是過(guò)渡金屬離子與鋰交換電子引起的。第80頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)LiMeO2氧化物正極材料的基本結(jié)構(gòu)（2）一維隧道或二維、三維空間，以便鋰的傳輸?shù)?1頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料性質(zhì)1、還原態(tài)產(chǎn)物，充電時(shí)被氧化成□MeO2；2、在非水環(huán)境中有高的電位值；3、在水溶液中不穩(wěn)定；4、電導(dǎo)率較低，應(yīng)加入導(dǎo)電劑和粘接劑，構(gòu)成復(fù)合電極。第82頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料類型第83頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料類型第84頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiCoO2鋰鈷氧化物（LiCoO2）屬于α-NaFeO2型結(jié)構(gòu)，為R3m空間群，具有二維層狀結(jié)構(gòu)，適宜鋰離子的脫嵌?？赡娉浞烹姷纳舷揠妷簽?.3V化學(xué)組成粒度及粒度分布電導(dǎo)率及擴(kuò)散系數(shù)第85頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiCoO2合成方法合成LiCoO2的方法有高溫固相法、低溫共沉淀法和凝膠法。比較成熟的方法是鈷的碳酸鹽、堿式碳酸鹽或鈷的氧化物等與碳酸鋰在高溫下固相合成。注意：反應(yīng)氣氛、碳酸鋰的比表面積、合成溫度、鋰鹽的配入量。第86頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiNiO2優(yōu)點(diǎn)1、價(jià)格比LiCoO2低廉；2、重量比容量大。缺點(diǎn)1、合成條件苛刻，合成條件的微小變化會(huì)導(dǎo)致非化學(xué)計(jì)量的LixNiO2生成，其結(jié)構(gòu)中鋰離子和鎳離于呈無(wú)序分布，影響電池性能；2、應(yīng)用中脫鋰后的產(chǎn)物分解溫度低，分解產(chǎn)生大量的熱量和氧氣，造成鋰離子電池過(guò)充電時(shí)易發(fā)生爆炸、燃燒；3、首次充放電的不可逆容量較大，生成NiO2非活性區(qū)。第87頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4

尖晶石型錳酸鋰LiMn2O4是Hunter在1981年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注，它作為電極材料具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鈷酸鋰LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。第88頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4晶體結(jié)構(gòu)具有Fd3m對(duì)稱性的立方晶體，晶胞常數(shù)a=0.8245nm，晶胞體積V=0.5609nm3。氧離子為面心立方密堆積(ABCABC….，相鄰氧八面體采取共棱相聯(lián))，鋰占據(jù)1/8氧四面體間隙（V4）位置(Li0.5Mn2O4結(jié)構(gòu)中鋰作有序排列：鋰有序占據(jù)1/16氧四面體間隙)，錳占據(jù)氧1/2八面體間隙（V8）位置。單位晶格中含有56個(gè)原子:8個(gè)鋰原子，16個(gè)錳原子，32個(gè)氧原子，其中Mn3+和Mn4+各占50%。第89頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4晶體結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單描述為8個(gè)四面體8a位置由鋰離子占據(jù)，16個(gè)八面體位置(16d)由錳離子占據(jù)，16d位置的錳是Mn3+和Mn4+按1:1比例占據(jù)，八面體的16c位置全部空位，氧離子占據(jù)八面體32e位置。該結(jié)構(gòu)中MnO6氧八面體采取共棱相聯(lián)，形成了一個(gè)連續(xù)的三維立方排列，即[M2]O4尖晶石結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為鋰離子的擴(kuò)散提供了一個(gè)由四面體晶格8a、48f和八面體晶格16c共面形成的三維空道。當(dāng)鋰離子在該結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散時(shí)，按8a-16c-8a順序路徑直線擴(kuò)散(四面體8a位置的能壘低于氧八面體16c或16d位置的能壘)，擴(kuò)散路徑的夾角為107°，這是作為二次鋰離子電池正極材料使用的理論基礎(chǔ)。第90頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4電化學(xué)性能1、理論容量為148mAh/g；2、LixMn2O4的x值在0.15—1之間變化時(shí)充放電是可逆的，可逆容量在120mAh/g左右，電壓平臺(tái)為4.15V。3、過(guò)度嵌鋰(即x＞1)時(shí)在2.95V出現(xiàn)放電平臺(tái)，但不可逆。4、當(dāng)大電流充、放電或電流密度不均勻時(shí)，過(guò)渡嵌鋰后形成的立方晶型會(huì)向四方晶型轉(zhuǎn)變，發(fā)生John-Teller畸變，這種轉(zhuǎn)變住往發(fā)生在粉末顆粒表面或局部，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的一致性破壞，且產(chǎn)生顆粒間的接觸不良，致使鋰離子的擴(kuò)散和電極的導(dǎo)電性下降。第91頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月

電子在簡(jiǎn)并軌道中的不對(duì)稱占據(jù)會(huì)導(dǎo)致分子的幾何構(gòu)型發(fā)生畸變,從而降低分子的對(duì)稱性和軌道的簡(jiǎn)并度,使體系的能量進(jìn)一步下降,這種效應(yīng)稱為姜—泰勒效應(yīng)。John-Teller效應(yīng)（畸變）第92頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4電化學(xué)性能A：貧鋰相B：富鋰相4.14Vx=0.354.03V3.9V鋰離子隨機(jī)嵌入引起John-Teller效應(yīng)第93頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4電化學(xué)性能鋰錳比Li1.05Mn2O4Li0.95Mn2O4Li1.05Mn2O4800℃燒成后淬火結(jié)論：增加鋰錳比，使少量的鋰離子在材料合成過(guò)程中進(jìn)入16d八面體Mn位，可提高錳的平均價(jià)態(tài)．高電壓下不出現(xiàn)兩相，減少Jahn—Teller效應(yīng)，從而改善穩(wěn)定性。第94頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiMn2O4溫度穩(wěn)定性第95頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料合成方法固相合成法LiCO3化學(xué)二氧化錳(CMD)或電解二氧化錳(EMD)充分混合750℃—800℃LiMn2O4鋰離子電池正極材料——LiMn2O4第96頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料合成方法共沉淀法LiOHMn(OH)2乙醇LiClMnCl2KOH和丁醇前驅(qū)體去除KOH熱處理LiMn2O4鋰離子電池正極材料——LiMn2O4第97頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料凝膠法合成方法鋰和錳的乙酸鹽甲醇檸檬酸沉淀300℃和800℃加熱蒸干干凝膠LiMn2O4鋰離子電池正極材料——LiMn2O4第98頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiFePO4

目前，我國(guó)小容量鋰電池——如手機(jī)電池、筆記本電腦電池等的生產(chǎn)已基本趨于飽和，但是大容量的動(dòng)力鋰離子電池卻依然沒(méi)有進(jìn)入市場(chǎng)。電動(dòng)車及大型移動(dòng)電源應(yīng)用領(lǐng)域仍是鉛酸體系電池占據(jù)著主導(dǎo)地位。鋰離子電池自問(wèn)世以來(lái)一直以鈷酸鋰、錳酸鋰正極材料為主導(dǎo)，鈷酸鋰及錳酸鋰材料由于自身安全性差，循環(huán)壽命短、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，都不能真正適用鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)需要。新一代鋰電正極材料磷酸鐵鋰逐步粉墨登場(chǎng)后，真正為大容量鋰動(dòng)力電池的發(fā)展和更新展現(xiàn)了廣闊空間，開(kāi)辟了新天地。鋰電池取代鉛酸、鎳氫等電池體系的局面將成為電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。第99頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiFePO41997年A.K.Padhi首次報(bào)導(dǎo)磷酸鐵鋰（LiFePO4）具有脫嵌鋰功能。該材料具有橄欖石型磷酸鹽類嵌鋰材料，LiMPO4（M：Mn，F(xiàn)e，Co，Ni）,成為很有潛力的鋰離子電池正極材料。工作電壓范圍：2.5～3.6V，平臺(tái)約3.3V，比鈷酸鋰電池3.7V低一些。第100頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料——LiFePO4第101頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料LiFePO4電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)橄欖石結(jié)構(gòu)鋰離子電池正極材料——LiFePO4第102頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料電池性能鋰離子電池正極材料——LiFePO4第103頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料電池特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；2、高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；3、即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；4、極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；5、過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；6、可快速充電；7、低成本；8、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。鋰離子電池正極材料——LiFePO4第104頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料應(yīng)用范圍大型電動(dòng)車輛：公交車、電動(dòng)汽車、景點(diǎn)游覽車及混合動(dòng)力車等；

2、輕型電動(dòng)車：電動(dòng)自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動(dòng)輪椅等；

3、電動(dòng)工具：電鉆、電鋸、割草機(jī)等；

4、遙控汽車、船、飛機(jī)等玩具；

5、太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備；

6、UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈(安全性最好)；

7、替代照相機(jī)中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）；

8、小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。北京奧運(yùn)大巴鋰離子電池正極材料——LiFePO4第105頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料磷酸鐵鋰的優(yōu)點(diǎn)1、安全。磷酸鐵鋰的安全性能是目前所有的材料中最好的。當(dāng)然它和其它磷酸鹽的安全性能也基本一樣，用磷酸鐵鋰做電池，絕對(duì)不用擔(dān)心爆炸問(wèn)題的存在。2、穩(wěn)定性高。包括高溫充電的容量穩(wěn)定性好，儲(chǔ)存性能好等。這點(diǎn)是最大的優(yōu)點(diǎn)，在所有知道的材料中，也是最好的。3、環(huán)保。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程清潔無(wú)毒。所有原料都無(wú)毒。不像鈷是有毒的物質(zhì)。4、價(jià)格便宜。磷酸鹽采用磷酸源和鋰源以及鐵源為材料，這些材料都十分便宜，無(wú)戰(zhàn)略資源及稀有資源。鋰離子電池正極材料——LiFePO4第106頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)1、導(dǎo)電性差。這個(gè)問(wèn)題是其最關(guān)鍵的問(wèn)題。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒(méi)有大范圍的應(yīng)用，這是一個(gè)主要的問(wèn)題。但是，這個(gè)問(wèn)題目前已經(jīng)可以得到完美的解決：就是添加C或其它導(dǎo)電劑。實(shí)驗(yàn)室報(bào)道可以達(dá)到160mAh/g以上的比容量。2、振實(shí)密度較低。一般只能達(dá)到1.3-1.5，低的振實(shí)密度可以說(shuō)是磷酸鐵鋰的最大缺點(diǎn)。這一缺點(diǎn)決定了它在小型電池如手機(jī)電池等沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。即使它的成本低，安全性能好，穩(wěn)定性好，循環(huán)次數(shù)高，但如果體積太大，也只能小量的取代鈷酸鋰。這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來(lái)制作動(dòng)力電池。3、目前研究開(kāi)發(fā)還不深入。目前以磷酸鐵鋰作為正極材料的產(chǎn)業(yè)化情況并不樂(lè)觀。因?yàn)檫€是最近兩年發(fā)展起來(lái)的，所以各方面的研究還需要繼續(xù)深入。鋰離子電池正極材料——LiFePO4第107頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月

最早的磷酸鐵鋰合成方式是J.B.Goodenough的固相反應(yīng)法。該方法簡(jiǎn)單方便，容易操作，缺點(diǎn)是合成的周期較長(zhǎng)，產(chǎn)物的批次穩(wěn)定性難以控制。如何在熱處理及粉體加工的過(guò)程中防止二價(jià)鐵的氧化是合成的關(guān)鍵控制點(diǎn)。目前不少研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的碳熱還原法、共沉淀法、水熱法、噴霧熱分解法等。4鋰離子電池材料制備方法鋰離子電池正極材料——LiFePO4第108頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料的發(fā)展1、鋰鈷鎳復(fù)合氧化物2、改性的尖晶石復(fù)合正極材料3、Li2MMn3O8（M代表Fe、Co、Cu）4、LixMnO2(CDMO)5、無(wú)機(jī)非晶材料V2O5和α—MnO26、導(dǎo)電高分子聚合物7、有機(jī)硫化物第109頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料鋰離子電池正極材料的發(fā)展第110頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料電解質(zhì)材料電解質(zhì)的作用：在電池內(nèi)部正負(fù)極之間形成良好的離子導(dǎo)電通道。凡是能夠成為離子導(dǎo)體的材料，如水溶液、有機(jī)溶液、聚合物、熔鹽或固體材料，均可作為電解質(zhì)。第111頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料（1）水：水對(duì)許多離子具有很強(qiáng)的溶解能力。優(yōu)點(diǎn)：離子狀態(tài)穩(wěn)定、粘度小、電導(dǎo)率高等，是目前應(yīng)用最廣泛的電解質(zhì)。缺點(diǎn)：受水的分解電壓(1.23V)的限制，水溶液電解質(zhì)電池的最高電壓只能在2.0V以內(nèi)。（2）有機(jī)溶劑電解質(zhì)：優(yōu)點(diǎn)：由于使用強(qiáng)還原性活潑金屬及其化合物作為負(fù)極材料，電池的工作電壓得以大幅提高。缺點(diǎn)：有機(jī)溶液的電導(dǎo)率通常較水溶液低得多，有機(jī)電解液電池的輸出功率比較低。電解質(zhì)材料第112頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料（3）熔融無(wú)機(jī)鹽：優(yōu)點(diǎn)：高電導(dǎo)率、高電壓；缺點(diǎn)：僅能在高溫下工作。（4）聚合物或無(wú)機(jī)固體：優(yōu)點(diǎn)：無(wú)漏液，電池的尺寸形狀容易設(shè)計(jì)，電池的可靠性大力增強(qiáng)。缺點(diǎn)：到目前為止能夠滿足實(shí)用電池要求的聚合物或無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)仍十分有限。電解質(zhì)材料第113頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料電解質(zhì)材料—非水有機(jī)溶劑電解質(zhì)基本要求1、高度的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性：不能選用含有活潑氫原子的有機(jī)溶劑；2、高電導(dǎo)率：有機(jī)溶劑應(yīng)具有能夠溶解足量電解質(zhì)鹽并保證離子快速遷移的能力，這樣，只能選用具有較高介電常數(shù)及較小粘度的有機(jī)溶劑。電解質(zhì)鹽的溶解與溶劑的介電常數(shù)及正負(fù)離子的性質(zhì)有關(guān)。3、具有較高的沸點(diǎn)和較低的熔點(diǎn)，以使鋰電池能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)工作。第114頁(yè),共125頁(yè)，星期六，2024年，5月4鋰離子電池材料電解質(zhì)鹽鋰鹽在溶劑中的溶解度與其晶格能和溶劑化程度有關(guān)。電解質(zhì)鋰鹽多選用具有較大體積的氧或氟