锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。
工作原理即充放电原理。Li-ion的正极材料是氧化钴锂,负极是碳。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion就象一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以,Li-ion又叫摇椅式电池。
看看这个,比较专业:
锂电池分为锂金属电池和锂离子电池两种。
1、锂金属电池
锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。放电反应原理为:Li+MnO2=LiMnO2
2、锂离子电池
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。充电正极上发生的反应为:LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子);充电负极上发生的反应为:6C+XLi++Xe- = LixC6;充电电池总反应:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6
扩展资料:
相较于以化石燃料为基础的传统能源供给方式,锂电池的出现打破了以往的碳基供能方式,减少了碳排放量,为可持续发展提供了新路径。
从上世纪90年代开始,锂电池开始进入市场,逐渐成为电器和IT终端设备的动力选择。更小的体积、更稳定的性能、更好的循环性,使锂电池逐渐遍布人们日常生活的各个方面,助力人类向清洁世界迈出重要一步。
参考资料来源:百度百科——锂电池
参考资料来源:人民网——人民日报新知:锂电池助推能源革新
PNNL近日发表论文称,使用石墨和锂组成的混合电极,锂硫电池的基本循环寿命可达400倍,从而增加了电动汽车的续航里程。虽然400次循环的循环寿命并不突出,但与普通锂电池相比,锂硫电池的能量密度要高出2-3倍,而限制这类电池发展的最大问题是电池反应过程中硫化物流出缩短了电池的循环寿命。作者刘军说,为了克服这个问题,迄今为止的大多数研究都致力于防止硫化物泄漏。但PNNL研究人员认为防漏电太难,副作用明显,于是选择在电极外侧加一层保护膜,即石墨和锂组成的混合电极。这种混合电极可以将锂硫电池的循环寿命提高四倍。用普通电极测试,锂硫电池的循环寿命只有100倍,而用混合电极测试,循环寿命提高到400倍。刘军说,虽然硫化物仍会流出,但不会影响电池寿命。在实验中,锂硫电池的能量密度仅下降了11%。版权:本文版权归第一电气网所有,欢迎转载,但请务必注明出处。
能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功
能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功,美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池,该电池在极寒和酷热的温度下表现良好,能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功。
近期,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师们开发出了一种新型锂离子电池,据称这种电池在极冷和高温下都能表现良好,同时仍能储存大量能量。
根据研究人员的说法,这一“壮举”是通过开发一种新型电解质实现的。这种电解质不仅可以在较宽的温度范围内坚挺耐用,而且可以与高能阳极和阴极兼容。上述研究成果已于近期发表在了《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
UCSD雅各布斯工程学院纳米工程学教授、该研究的资深作者Zheng Chen表示,基于这项技术开发的车用电池,即使在寒冷气候下也能让电动汽车行驶更远。此外,它们还可以减少对冷却系统的需求,以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。
Chen 解释说:“高温对于汽车电池来说是一个重大挑战。在电动汽车中,电池组通常位于底盘,更靠近炎热的道路。此外,电池在运行过程中会因电流通过而升温。如果电池不能承受这种高温,它们的性能将迅速下降”。
在测试中,该电池在-40°C和50°C下分别保留了87.5%和115.9%的能量容量。在这些温度下,它们还分别具有98.2%和98.7%的高库伦效率,这意味着电池在停止工作之前可以进行更多的充放电循环。
上述优异的性能都要归功于Chen和同事们开发的独特电解质。它由二丁醚与锂盐混合而成的液体溶液制成。二丁醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱。换句话说,当电池运行时,电解质分子很容易释放锂离子。
研究人员在之前的一项研究中发现,这种微弱的分子相互作用可以提高电池在零下温度下的性能。另外,二丁醚很容易吸收热量,因为它在高温下保持液态(沸点为141°C)。
附加优势
此外,这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容,锂硫电池是一种可充电电池,其阳极由锂金属制成,阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分,因为它拥有更高的能量密度和更低的成本。
据了解,锂硫电池每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍,这可以使电动汽车的续航里程增加一倍,而不会增加电池组的重量。此外,与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比,硫的储量更为丰富。
但锂硫电池也存在问题。阴极和阳极都是超活性的。硫阴极非常活泼,在电池运行过程中会溶解;在高温下,这个问题会变得更严重。锂金属阳极容易长出枝晶,会导致电池短路,甚至有起火风险。因此,锂硫电池最多只能循环使用几十次。
“如果你想要一个高能量密度的电池,你通常需要使用非常苛刻、复杂的化学物质,”Chen说,“高能量意味着更多的反应发生,这意味着更少的稳定性,更多的降解。制造一种稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务,试图在更大的温度范围内做到这一点更具挑战性。”
UCSD研究团队开发的二丁醚电解质可以防止这些问题。即使在极端温度下,他们测试的电池也比典型的锂硫电池有更长的循环寿命。Chen说,“我们的电解液有助于改善阴极侧和阳极侧,同时提供高导电性和稳定性”。
美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池,该电池在极寒和酷热的温度下表现良好,同时还能储存大量电能。本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文描述了这种耐温度变化的电池。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、该研究的资深作者陈政说,这种电池可让寒冷气候下的电动汽车一次充电就能行驶更远;还可减少对冷却系统的.需求,以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。
研究人员在冰点以下温度测试电池。图片来源:David Baillot/加州大学圣地亚哥分校
在测试中,概念验证电池在-40℃和50℃下分别保留了87.5%和115.9%的电能容量。在这些温度下,它们还分别具有98.2%和98.7%的高库仑效率,这意味着电池在停止工作之前可进行更多的充电和放电循环。
研究人员此次开发了一种更好的电解质,这种电解质既耐寒又耐热,而且与高能阳极和阴极兼容。电解质由二丁醚与锂盐混合而成的溶液制成。二丁基醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱,当电池运行时,电解质分子很容易释放锂离子。
这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分,因为它们有望实现更高的能量密度和更低的成本。但锂硫电池的阴极和阳极都具有超强反应性。在高温下,锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构,可刺穿电池的某些部分,导致电池短路。结果,锂硫电池只能持续数十次循环。
二丁基醚电解质可防止这些问题,即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。研究团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。
团队表示,下一步研究工作将包括扩大电池化学成分、优化电池以使其在更高的温度下工作以及进一步延长循环寿命。
一种新型锂离子电池既可以在零下 40°C 的低温下工作,也可以在 50°C 的高温下工作。这种新型电池阴极使用硫制作,电池可以储存更多的能量。这是来自加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的一项新研究。
这种电池可以增加电动汽车在寒冷温度下的行驶里程。此外,它们还可以用于卫星、航天器、高空无人机和潜艇。UCSD 纳米工程教授陈政(Zheng Chen)表示:通过大幅扩展锂电池的可操作窗口,我们可以为电动汽车之外的应用提供更强大的电化学物质。
目前来看,电池用石墨阳极和锂金属氧化物阴极,这种组合不能很好地处理极端温度。高温会加剧电池内部本已高度活跃的化学环境,引发分解电解质和其他电池材料的副反应,导致不可逆转的损害。与此同时,低温会使液体电解质变稠,所以锂离子在其中缓慢移动,导致电能损耗和充电缓慢。
对电池进行绝缘或从内部加热的方法有助于解决低温问题。研究人员之前还对电解质进行设计以扩大电池温度范围,但这可以提高低温或高温下的性能,而不是同时提高性能。
陈政教授团队的研究《Solvent selection criteria for temperature-resilient lithium–sulfur batteries》刊登在了 7 月 5 日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,他们表示新型耐极端温度电池的核心是找到一种新电解质。
他们通过将锂盐溶解在二丁醚溶剂中来制造电解质。与现有的用于电池的碳酸乙烯溶剂不同,新材料在零下 100°C 的温度下不会结冰,也不容易蒸发。此外,其溶剂分子与锂离子结合较弱,所以锂离子在其中移动更自由,即使在冰点温度下。
UCSD 团队通过将硫附着在塑料基材上来解决硫阴极降解问题。同时,新的电解质允许锂离子的均匀传输,因此它们没有机会粘在一起并形成枝晶。
在团队测试中,原型电池持续了 200 次循环,并在 -40°C 下还能保持超过 87% 的原始容量。在 50°C 时,电池的容量增加了 15%,陈政教授表示,因为更高的温度会增加电荷转移和锂离子通过电解质并扩散到电极上,因而推动了电池容量和能量极限 。
该研究的第一作者、UCSD 纳米工程博士后研究员 Guorui Cai 准备了一个电池袋电池(battery pouch cell),用于在低于冰点的温度下进行测试。
这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容,锂硫电池是一种可充电电池,其阳极由锂金属制成,阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分,因为这种电池具有更高的能量密度和更低的成本。
它们每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍——这可以使电动汽车的续航里程增加一倍,而不会增加电池组的重量。此外,与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比,硫的来源更丰富且问题更少。
但锂硫电池存在另一些问题——其阴极和阳极都过于活跃。硫正极非常活泼,以至于它们在电池运行期间会溶解。这个问题在高温下会变得更糟。锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构,可以刺穿电池的某些部分,导致电池短路。因此,锂硫电池只能持续数十次循环。
「如果你想要一个能量密度高的电池,你通常需要使用非常精确、复杂的化学物质,」陈政说道。「高能量意味着更多的反应正在发生,这意味着稳定性更低,降解更多。制造稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务——试图在很宽的温度范围内做到这一点更具挑战性。」
UCSD 研究小组开发的二丁醚电解质可以防止这些问题,即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。「我们的电解质有助于改善阴极和阳极侧,同时提供高导电性和界面稳定性,」陈政介绍说。
该团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。
接下来的步骤包括扩大电池化学成分,优化它以在更高的温度下工作,并进一步延长循环寿命。
UCSD 纳米工程教授陈政。
容量的增加不一定是一件好事,因为这同时也会使电池负担过重。为了解决这个问题,研究人员必须进一步改进电池的化学成分,以便它能够维持更多的充电周期。他们还计划通过更多的细胞工程来提高能量密度。目前,新电池的密度仅比今天的锂离子电池略高一点,与锂硫理论上的承诺相差无几。「我们至少可以将能量密度提高 50%,」陈政表示。「这就是希望,这就是承诺。」
现在新型的磷酸铁锂电池,安全性更好,而且成本更低。
1990年以来发表的论文(Eng.):新世纪1. Surface-modified Graphite as an improved intercalating Anode for Lithium ion Batteries,Y.Cao, L.Xiao, e t.a l,Electrochem. & Solid State Lett. , 6 (2003).A30-A332. Possible use of ferrocyanide as a redox additive for prevention of electrolyte decomposition in overcharged nickel batteries, Electrochem. Acta, (2003)3. Temperature Effects on the Electrodeposition of Zinc,J.X.Y u, L.Wang e t.a l ,J. Electrochem. Soc., 150 (2003) 1.4. Hydrogen production from catalyzed hydrolysis of sodium borohydride solution using nickel boride catalyst,H.Dong, H.Yang e t.a l,Int. J. Hydrogen Energy 28 (2003)10955. A Mechanistic Study of Electrocatalytic Reduction of Oxygen on Manganese Dioxides in Alkaline Aqueous Solution, Y. L. Cao, H. X. Yang*, X. P. Ai, and L .F .Xiao, J. Electroanal. Chem.,(2003) ,6. Structural and electrochemical characterization of calcium zincate mechanochemically synthesized as rechargeable anodic materials,X.Zhu, H. Yang, X. Ai, J. Yu and Y. Cao, J. Appl. Electrochem., 33(2003)6077. A study of calcium zincate as negative electrode materials for secondary batteries, J.Y u, H.Yang et.a l, J. Power Sources, 103 (2001) 938. Effects of Anions on the Zinc Electrodeposition onto Glassy-Carbon Electrode, J.Y u, H.Yang e t.a l,, Russ. J. Electrochemistry, 38 (2002) 321.9. Modeling and prediction for discharge lifetime of battery systems using hybrid evolutionary algorithms, H.Cao, J. Yu et al., Computer and Chem., 25(2001)251上世纪10. The influences of organic additives on Zinc electrocrystallization from KCl solution, J.X.Y u, Y.Y.Chen, H.X.Yang, et.a l, J. Electrochem. Soc., 146 (1999)178911. A new approach to the estimation of electrocrystallization parameters, J. Electroanal. Chem., 474 (1999)6912. Preparation and characterization of LiNiO2 synthesized from Ni(OH)2 and LiOH.H2O, H.X.Yang, Q.F.Dong, X.H.H u, X.P.A i, J. Power Souces, 79(1999)25613. A study of LiMn2O4 synthesized from LiCO3 and MnCO3, X.H.H u, X.P.A i, H.X.Yang, S.X.L i, J. Power Sources, 74(1998)24014. The kinetic study on the electrolytic hydrogenation of nitrobenzene on the hydrogen-storage alloy electrode, S. Lu, Q.L i, C.L u, Q.L iu, H.Yang, J. Electroanal. Chem., 457(1998)14915. Initial activation of hydrogen storage alloy electrode by chemical modification, J. Rare earth metals, S. Lu, Q.L i, C.L u, Q.L iu, R.H u, H.Yang,J. Rare Earths,16( 4), 307(1998)16. Effects of lanthanum and neodymium hydroxides on secondary alkaline zinc electrode, J. L. Zhou, Y. H. Zhou , H. X. Yang , J. Power sources, 69,(1997)16917. Polypyridine complexes of iron used as redox shuttles for overcharge protection of secondary lithium batteries. C. S. Cha , X. P. Ai, and H. X. Yang , J. Power Sources , 54, (1995)25518. In-situ ESR study on electrochemical lithium intercalation into petrulum coke , L. Zhuang, J. Lu, X. Ai, H. Yang , J. Electroanal. Chem. , 397, (1995)31519. Powder Microelectrodes, C. S. Cha, C. M. Li , H. X. Yang , P. F. Liu , J. Electroanal. Chem. , 368, (1994)4720. Electrochemical and structural studies of the composite MnO2 cathode doped with metal oxides , H. X. Yang, X. P. Ai , M .Lei ,S. X. Li , J. Power sources , 43-44, (1993)53321. Recent advances in experimental methods applied to lithium battery researches , J. Power Sources , C. S. Cha , H. X. Yang, J. Power sources , 43-44, (1993)145.22. Fractal structure structure of colloidal silver and its effects on SERS intensities of crystal violet , Chinese Chem. Letters, 3, (1992)91923. The observation of enhanced RAMAN scattering of gaseous molecules by Hg microdroplets, Chinese Chem. Letters, 2, (1991)54924. A novel optically transparent thin layer electrode for in situ IR spectroelectrochemistry , Chinese Chem. Letters, 2, (1991)25. Fiber optic thin-layer electrode cell for in situ transmission spectro- electrochemistry , Chinese Chem. Letters, 2, (1991)329 1990年以来发表的论文(中文):21世纪1. 联苯用作锂离子电池过充保护剂的研究, 肖利芬, 艾新平, 曹余良, 杨汉西, 电化学, 9(1), 23(2003)2. 塑料化聚合物电解质的导电性质, 艾新平,董全峰,杨汉西, 电池,32(S1), 48(2002)3. 尖晶石型ZnMn_2O_4的合成及其电化学行为, 李升宪,李保旗,杨汉西,艾新平, 电池,32, 3( 2002)4. 锌酸钙的制备与电化学性能研究, 喻敬贤,杨汉西,朱晓明,艾新平, 电池, 31(2) 65(2001)5. 圆柱型锌空气电池研究, 李升宪,周贵茂,艾新平,杨汉西, 电化学,6(3), 341(2000).6. 塑料化薄膜锂离子电池的制造技术, 艾新平,洪昕林,董全峰,李升宪,杨汉西, 电化学, 6(2), 193(2000)上世纪90年代7. LiMn2O4正极在高温下性能衰退现象的研究, 胡晓宏,杨汉西,艾新平,李升宪,洪昕林, 电化学, 5(2), 224(1999)8. 纳米光亮镀锌层的结构研究, 喻敬贤,陈永言,黄清安,杨汉西, 高等学校化学学报,20(1),107 (1999)9. 添加剂对锌结晶行为的影响及参数的演化优化, 化学学报, 57,953(1999)10. 锡基非晶态材料的化学合成及其嵌锂性能的初步研究, 刘立,杨汉西,孙聚堂,艾新平, 电化学,4(4), 362 (1998)11. 石墨负极锂嵌碳机理的研究, 周震涛,黄静,汪国杰,艾新平,杨汉西,, 华南理工大学学报(自然科学版) 1998年07期12. 贮氢合金用作有机加氢反应新型催化剂研究进展, 卢世刚,杨汉西,杨聪智, 化学通报 12, 1(1998)13. 电阻应变法用于密封电池内压变化的动态检测, 杨汉西, 胡容辉,艾新平,杨聪智,李升宪, 电化学, 4(3), 318(1998)14. 薄膜塑料锂离子电池的初步研究, 董全峰, 杨汉西, 艾新平, 胡晓宏,李升宪, 电化学, 4(1), 9(1998)15. 电化学制备Ni-Cu/Cu超晶格多层膜, 喻敬贤,陈永言,黄清安,杨汉西, 武汉大学学报(自然科学版) 1998年06期16. 氢气在贮氢合金电极上析出反应机理的研究, 卢世刚,李群,刘庆国,路春,党兵,杨汉西, 电化学,4(3),265 (1998)17. 非水介质中Zn-MnO_2的可充性研究, 李保旗,杨汉西,李升宪,杜米芳,艾新平, 电化学,3(3), 277 (1997)18. 泡沫镍的电沉积制备技术, 何细华,胡蓉晖,杨汉西,左正忠, 电化学,2(1), 66 (1996)19. 微电极定量方法评价贮氢合金的电化学性质, 胡蓉晖,杨汉西,刘金成,李升宪,查全性, 电化学,2(4), 391(1996)20. 贮氢合金电极的活化方法和作用机理研究, 胡蓉晖,杨汉西,卢世刚,李升宪,刘金城,杨聪智, 电化学,2(2), 170 (1996)21. 电沉积泡沫铜, 何细华,左正忠,杨汉西, 材料保护 1996年11期22. 无氟微酸性体系镀铅研究, 何细华,左正忠,杨汉西, 电镀与环保 1995年05期23. 贮氢合金用作硝基苯电解加氢的催化电极研究, 卢世刚,杨汉西,王长发, 电化学, 1(1), 15(1995)24. 金属氢化物-镍电池充电过程消气反应研究, 刘金城, 杨汉西, 胡蓉辉, 吴锋, 电源技术, 19(4), 1(1995)25. 超薄层红外光透电解池的设计和应用, 肖以金,杨汉西,查全性,, 分析化学 1994年02期26. 电化学石英晶体微天平对银电极氧化还原过程的研究, 陈胜利, 吴秉亮, 杨汉西, 高等学校化学学报, 15(1), 103(1994)27. 炭材料作为储锂负极的研究, 杨汉西, 雷鸣,李升宪,艾新平, 应用化学, 10(1), 113(1993)28. Li/SOCl2 电池的拉曼光谱电化学研究, 钟发平, 杨汉西, 查全性等, 高等化学学报, 14, 265(1993)29. 简易多功能光谱电化学池的设计, 肖以金, 杨汉西, 冯之刚, 伏亚萍, 光谱学与光谱分析, 13(6), 103(1993)30. 激光拉曼光谱的光纤采样技术, 钟发平, 吴国帧, 杨汉西等, 光谱学与光谱分析, 13(6), 29(1993)31. 甲基吡啶电氧化过程的表面增强RAMAN光谱研究, 钟发平, 杨汉西, 查全性, 化学学报, 51, 273(1993)32. 阴极限制型Li/SOCl2电池过放电产物的热分析, 肖以金, 杨汉西, 查全性, 应用化学, 10(3), 54(1993)33. C60 电化学还原的稳态性质研究,杨汉西, 肖以金, 朱凌等, 物理化学学报, 8, 580(1992)34. 微型拉曼电解池现场研究硫酰氯的电化学还原, 钟发平, 杨汉西, 徐知三, 查全性, 物理化学学报, 8, 266(1992)35. 锌离子在λ-MnO2中的电化学嵌入, 吴智远, 杜米芳, 杨汉西等, 应用化学, 9(2), 99(1992)36. 锂电化学嵌入尖晶石二氧化锰研究, 吴智远, 杨汉西, 石中等, 电池, 22(1), 13(1992)37. 锂离子电池炭负极研究, 杨汉西, 艾新平, 雷鸣, 李升宪, 电源技术, 5, 2(1992)38. MnO2作为二次锂电池阴极材料研究, 李升宪, 杨汉西, 吴智远, 汪振道, 电源技术, 4, 7(1991)39. AA-型Li/λ-MnO2 二次电池研究, 李升宪, 杨汉西, 吴智远等, 电池,21(5), 10(1991)40. 锂/硫酰氯电池体系的初步研究, 杨汉西,钟发平, 汪振道等, 电源技术, 2, 5(1990)41. 大功率锂/亚硫酰氯电池高效炭阴极研究, 汪振道, 杨汉西, 范玉章, 雷鸣, 电源技术, 1, 3(1990)
没分,你在说什么呀,笨蛋
一.锂金属电池:锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。二.锂离子电池:锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
This article through to the recent years studies on the electrode material into nanometer thin filmExhibition review, emphasized based on nano particle and nano structureVarious types of thin film lithium ion battery electrode. The novel electricChemical reaction mechanism of nanostructured electrode materials for lithium-ion battery developmentThe study provides a new direction. With the further development of information technology,Thin film lithium ion battery in the microelectronics industry, medical equipment, miniature miniatureSensors, aerospace and other fields will get more and more attentionAnd application. Thin film lithium ion battery electrode material as the most important groupA portion will become a research hotspot. All-solid-state thin film lithium ion batteryElectrode materials related to the electron and ion transport, storage and mixingCharge transfer, electrochemical processes of phase transition, and solid electrolyteInterface reaction of many complex factors. Nanometer thin film electrode materials forThe dynamics of advantage, the new lithium storage mechanism and the characteristics of response, as well asNanostructured features, will be in the energy storage system has become moreMore important role. As the film preparation technology and nanometer technology further development, as well as a variety of newPositive and negative electrode materials continue to emerge, we believe, nanometer thin film electrode materialMaterial for lithium ion batteries bring new vigor and vitality.
锂离子电池的研究进展摘要 介绍了锂离子电池的电化学反应原理、一般特性及电池正极材料、负极材料、电解质材料的研究进展,同时也介绍了目前存在的问题和发展前景。关键词 锂离子电池,研究进展,展望R&D of Li-ion secondary batterySun Chunwen(Department of Applied Chemistry,Tianjin University,300072)Abstract The fundamental principle of electrochemical reaction of Li-ion battery,its general properties and the progress of researches on materials for cathode,anode and electrolyte are introduced in this paper.At the same time its existing problems and prospects are also outlined.Key words Li-ion battery,research progress,prospect自从1859年Gaston Plante提出铅酸电池概念以来,化学电源界一直在研制新的高比能量、长循环寿命的二次电池。1990年日本索尼公司率先研制成功锂离子电池〔1〕。它是把锂离子嵌入碳中形成负极,取代传统锂电池的金属锂或锂合金作负极。负极材料是石墨和焦炭等碳材料。目前的正极材料主要是LiCoO2,其次是LiNiO2和LiMn2O4。电解质为LiAsF6+PC(碳酸丙烯酯)、LiAsF6+PC+EC(碳酸乙烯酯)及LiPF6+EC+DMC(碳酸二甲酯)。隔膜为PP微孔薄膜、PE微孔薄膜或两者双层。锂离子电池既保持了锂电池高电压、高容量的主要优点,又具有循环寿命长、安全性能好的显著特点,在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等领域展示了良好的应用前景和潜在的经济效益,是近年来受到广泛关注的研究热点。1 锂离子电池的电化学反应原理及特性这种电池的正负极均采用可供锂离子(Li+)自由嵌脱的活性物质,充电时,Li+从正极逸出,嵌入负极;放电时Li+则从负极脱出,嵌入正极。这种充放电过程,恰似一把摇椅。因此,这种电池又称为摇椅电池(Rocking Chair Batteries)。以LiCoO2为正极材料,石墨为负极材料的锂离子电池,充放电反应式为锂离子蓄电池的一般特性〔2〕:(1)体积及质量的能量密度高;(2)单电池的输出电压高,为4.2 V;(3)自放电率小;(4)在60℃左右的高温下也可以使用;(5)不含有毒物质等。2 锂离子电池的研究进展研究锂离子蓄电池的关键技术是采用能在充放电过程嵌入和脱嵌锂离子的正、负极材料及选用合适的电解质材料。2.1 正极材料作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库。为了获得较高的单体电池电压,应选择高电势的嵌锂化合物。一般而言,正极材料应满足〔3~7〕:(1)在所要求的充放电电位范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度可逆性;(4)全锂化状态下在空气中稳定性好。目前研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物上(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。能作正极活性物质的主要有LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等。最早用于商品化的锂离子电池中的正极为LiCoO2,它属于α-FeO2型结构。其合成方法是将Li2CO3和CoCO3按摩尔比Li/Co=1∶1的比例混合,在空气中700℃灼烧而成〔8〕。其可逆性、放电容量、充放电效率、电压的稳定性等性能均很好。因此,目前正极材料主要采用LiCoO2,或在其中再添加Al、In等元素的复合钴酸锂。但是,由于钴材料成本较高,资源缺乏,因此,必须开发少用钴、不用钴或廉价易得的材料,如用镍或锰来取代钴,这样电池单价可大大降低。LiNiO2是继LiCoO2后研究较多的层状化合物,一般是用锂盐和镍盐混合在700~850℃经固态反应制备。镍与钴的性质相近,价格比钴低廉。LiNiO2目前的最大容量为150 mAh/g,工作电压范围为2.5~4.1 V,不存在过充电和过放电的限制,Ohzuku〔9〕认为它是锂离子电池中最有前途的正极材料之一。但由于LiNiO2的制备中存在许多问题,所以LiNiO2的实际应用还受到限制。例如,制备三方晶系的LiNiO2时容易产生立方晶系的LiNiO2,特别是当热处理温度大于900℃时,LiNiO2将全部以立方晶系形式存在,而在非水电解质溶液中,立方晶系的LiNiO2无电化学活性。尖晶石型的LiM2O4(M=Mn、Co、V等)中M2O4骨架是一个有利于Li+离子扩散的四面体和八面体共面的三维网络。其典型代表是LiMn2O4。因为在加热过程中易失去氧而产生电化学性能差的缺氧化合物,使高容量的LiMn2O4制备较复杂,现在常用的合成方法有多步加热固态合成法、溶液-凝胶法、沉淀法等。如何克服容量在循环时下降的问题是目前LiMn2O4研究的焦点。因此,尖晶石型特别是掺杂型LiMn2O4的制备及结构与性能的关系仍是今后锂离子电池电极材料研究的方向。2.2 负极材料锂离子电池作为一种新型的高能电池在性能上的提高仍有很大的空间,而碳材料性能的提高是其中的主要关键。负极碳材料应具备大容量、良好的充放电特性、高度可逆的嵌入反应、热力学稳定以及对电解液稳定的性能。1973年就有人提出以碳作为嵌锂材料,但直到1990年索尼公司以石油焦炭作为负极,才使锂离子电池的研究进入实用化阶段,从而掀起了世界范围的研究热潮。用于锂离子电池的碳材料主要有以下几种,见下表。目前研究的碳负极材料主要有石墨、冶金焦炭、石油焦炭等。其中石墨具有层状结构,因此其层与层之间有可能嵌入原子或原子团,形成碳层间化合物。石墨用作锂离子蓄电池的负极,可用充电的方法在碳层之间嵌入锂离子,用放电的方法脱嵌锂离子。用嵌锂石墨作为负极时,研究的焦点主要有:不可逆容量损失的机理和抑制方法,石墨结构与电化学性能的关系等。石墨的结晶度、微观组织、堆积形式等都影响其嵌锂容量。有研究发现,部分无序排列的存在是石墨嵌锂容量小于理论容量的原因,通过调节热处理温度控制石墨的堆积形式是获得高容量的有效手段。日本本田研究与发展公司利用特殊处理方法解决了锂离子电池比容量低的问题。具体做法是将锂(分子)置于有序石墨板之间,材料经聚亚苯基(PPP)热处理后,再将高度取向的石墨经高压(5 000~6 000 MPa)热解。用该方法得到的石墨作负极,使负极达到了1 116 mAh/g的高比容量〔10〕。1991年日本NEC的Iijima用真空电弧蒸发石墨电极时,发现了具有纳米尺寸的碳多层管状物——纳米碳管。此后,引起了人们广泛的兴趣和深入的研究。纳米碳管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高和界面效应强等特点,其顶端开口填充已用于高效催化载体、吸波材料等。近年来,已把碳管用于锂离子电池中作为负极材料,研究发现它具有高的可逆容量等优异的电极性能。目前,对碳电极材料的研究十分活跃,今后仍是锂离子电池研究的重点。2.3 电解质材料主要采用锂盐和混合有机溶剂所组成的材料,如LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)+DME(二甲基乙二醇)、PC+DME、PC+DME+EC(碳酸乙烯酯)、EC+DEC(碳酸二乙酯)、LiAsF6/EC+THF(四氢呋喃)等。有些专家认为,LiClO4是强氧化剂,使用很不安全。PC在蓄电池中因反应性强,易进入碳夹层,用于锂离子电池也不可取。LiPF6是适宜的用盐,1~2 mol/L LiPF6/EC+DMC是理想的电解液〔11〕。电解质的稳定性也是当前研究锂离子蓄电池的一个关键技术。另外,提高锂离子电池的容量、电极循环寿命、电池的安全性、减小自放电和实现快充仍是今后锂离子电池研究的关键技术。3 展望近年来锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池,它的研究和开发已取得重大进展。但由于锂离子电池是一个涉及化学、物理、材料、能源、电子学等多学科的交叉领域,研制中还存在许多问题。运用传统的电化学研究方法结合现场、非现场的谱学方法等多种检测手段,对锂离子电池体系进行评价、优化设计,将会有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂离子电池将是继镍镉、镍氢电池之后,在下世纪相当长一段时间内市场前景最好,发展最快的一种二次电池。参考文献1 Nagaura T,Tozawa K.Prog Batts Sol Cells,1990(9):209~2172 李春鸿.电池,1996,26(6):286~2903 Miure K,Yamada A,et al.Electrochimica Acta,1996,41:249~2564 Gao Y,Dahn J R.Electrochem Soc,1996,143:100~1145 Saidi M Y,Barker J,et al.Electrochimica Acta,1996,41:199~2046 Rougier A,Gravereau P,et al.J Electrochem Soc,1996,143:1168~11757 周恒辉,慈云祥等.化学进展,1998,10(1):85~948 金属时评(日),1993(1525):29 Ohzuku T,Ueda A,et al.Electrochimica Acta,1993,38:1159~116710 任学佑.电池,1996,26(1):38~4011 Main Topics.Currend Trends in Li-Ion Battery,Techno Japan,1994,27(3):58~60
尽管有了商业性的成功,锂电池始终是研究的重点,尤其是对于其经过改进后电极及电解液的材料特点的研究。这里讨论的是在xxx.xxx.xxx这些领域取得的最新进展。© 2000 Elsevier 科技有限公司。保留所有权利。 那些xxx是专业术语 自己翻字典吧
虽然锂离子电池已获得商业成就,但它还是个精心研究的对象;主要的目标是针对改进的电极和电解质材料的界定。我们在此对碳质和替代阳极材料、中、高压阴极材料及液体和聚合物电解质的最新进展进行评述。
Digital products popularized rapidly ,and people use Lithium batteries more and more frequently,so the battery become more important than ever. On the other hand,any battery's sustain ability is limit,so to charge batteries in time has become primary commitment for using variety of digital products.It is often use 220v alternating current as the power supply,however,by the limit of practical conditions,we can't realize to charge the battery anytime anywhere we want. Wind power generation is a new way to produce energy which is causeing no polution.that is to turn the kinetic energy carried by the flow of air into electric energy by the rotating of aerogenerator fan.It is not only convenient and handy,but also power saving and pro-environment to make use of wind power generation to charging. To analyse the current situation of the usage of wind power generation emergency charger,to demonstrate the possibility and meaning of the portable wind power charger.To design a complete practical design proposal,and making a simply sample for testing and experiment,and analyse the testing result, and then to improve the design proposal.
The lithium ion battery is one kind has the high voltage, the high-capacity, also the cycle life long, the safety performance good may the rechargeable battery, in the portable electronic installation, the electric automobile, the spatial technology, the defense industry and so on has the broad application prospect variously, becomes research hot spot which widely pays attention in recent years.This article to lithium ion aspects and so on battery production, circulation, security, reliable performance has carried on the elaboration.