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1、专业资料第60卷 第1期有 色 金 属 Vol60,No12008年2月NonferrousMetalsFebruary 2008 11锂离子电池及其正极材料的研究进展马荣骏(长沙矿冶研究院,长沙410012) 摘 要:根据收集到的材料,介绍锂离子电池的原理与性能,综述正极材料制备方面的研究成果。关键词:电化学工程;锂离子电池;综述;正极材料中图分类号:TM910文献标识码:A文章编号:1001-0211(2008)01-0001-06 锂离子电池属目前最佳的绿色环保理想电源,化学式可以表示为式(1)。式(1)表示正极材料为受到科技及工业界高度重视
2、,并得到了广泛应用。LiMO2,负极材料为碳材,电解质为LiClO4、EC(乙根据报道的资料及所了解的情况,综述离子电池及烯碳酸酯)及DEC(二乙烯碳酸酯)所组成的锂离子其正极材料的发展过程与趋势,供有关人员参考。电池。1 锂离子二次电池的工作原理[1]锂离子电池的工作原理如图1及图2所示,用图1 锂离子电池原理示意Fig.1SchemeofLithiumionbatteryprincipleword完美格式专业资料 (-)Cn
3、LiClO4+(EC+DEC)
4、LiMO2(+)(1)在电池中正极反应为式(2),负极反应为式(3),电池总反应为式(4)
5、。LiMO2Li1-xMO2+xLi+xe(放电充电)(2)收稿日期:2006-07-31作者简介:马荣骏(1931-),男,河北大城县人,教授,博士生导师,斯洛伐克国家工程院院士,主要从事湿法冶金、环保工程及冶金新材料等方面的研究。nC+xLi++xeLixCn(放电充电)(3)LiMO2+CLi1-x+MO2+LixCn(放电充电)(1)(4)图1图2及式(4)所表示的电池是最典～式型的锂离子电池。这种电池开始研究于上世纪80年代,到20世纪90年代初研究成功了以石油焦为负极,LiCoO2为正极的锂离子电池,同一时期又推出了以碳为负
6、极的锂离子电池,接着又有以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池的报道,1993年美国贝尔电讯公司首先推出了聚合物锂离子电池word完美格式专业资料©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netword完美格式专业资料2有 色 金 属 第60卷(PLIB)。之后商业上有二种锂离子电池———即聚2 锂离子二次电池的特性[1]合物锂离子电池(PLTB)和液态锂离子电池(LIB),产
7、量直线上升,至今估计其年产量在数亿只以上。表1列出了锂离子电池与其他一些二次电池锂离子电池是一种浓差电池,在充电时Li+从性能的比较,可以看到锂离子电池所具有的一些优正极材料的晶格中脱出,经过电解质后嵌入到负极点。(1)工作电压高。通常单体锂离子电池的电压材料的晶格中。放电时,Li+从负极材料晶格中脱为36V,是NiCd电池的3倍。(2)寿命长。锂离,,锂离子在整子电池的寿命可达到1200次以上,远远高于其他类出经过电解质嵌入到正极材料晶格中12个充放电过程中,往返于正负极之间形成摇椅式,故电池。(3)具有自放电小,无记忆效应,对环境无污也称这类电池为
8、摇椅式电池。染,综合性能优于其他种电池。(4)允许工作温度范word完美格式专业资料图2 锂离子电池充放电反应示意围宽,具有优良的高低温放电性能,可在-20℃～60℃温度范围工作,这是其他类电池所不及的。(5)体积小、质量轻、比能量高,锂离子电池的比能量比Ni2Cd电池的比能量大2倍以上,与同容量Ni2Cd电池相比,体积可减小3%,质量降低50%,有利于小型化,便于成为携带式的电子设备使用。锂离子电池虽然优点突出,但是还存在一些缺点。(1)成本高。正极材料中用到钴。钴的价格不断波动升高,由20～30万元/t,最高价曾升高到80～90万元/t,造成了锂
9、离子电池的成本昂贵。(2)在放电速率较大时,锂离子电池容量下降较大。(3)电池中电解液及电极材料对水份有较大的不良敏感,从而影响电池的性能。word完美格式专业资料Fig.2SchemeofchemicalreactionforLithiumionbatterychargeanddischarge表1 锂离子电池与一些二次电池的性能比较Table1CharacteristiccomparisonofLithiumionbatteryandothersecondbatteries技术参数工作电压质量比能量体积比能量充放电寿命环境污染记忆效应成本价格/V/
10、(W·h·kg-1)/(W·h·h-1)/次自放电/%Pb/PbSO4203565150～40
