锂离子电池基础知识一

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1、锂离子电池基础知识（一）第二堂课1.锂离子电池定义、分类与命名方法1.1定义：锂离子电池是指以Li+嵌入化合物作为正、负极活性物质的二次电池。正极活性物质：一般采用锂金属氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4和LiFePO4等。负极活性物质：一般采用碳材料。电解质：电解液为溶有锂盐，如LiPF6、LiClO4、LiAsF6和LiBF4等有机溶液。1.2分类：按电解液的状态一般分为：液态锂离子电池、聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池。液态锂离子电池一般就称为锂离子电池。按电池的外形一般分为：圆柱形和方形两种，聚合物锂离子电池可根据需要制成任意形状。

2、1.3命名方法锂离子电池的型号命名，一般由英文字母和阿拉伯数字组成。①第1个字母表示电池采用的负极体系：字母Ⅰ表示采用具有嵌入特性负极锂离子电池体系，字母L表示金属锂负极体系或锂合金负极体系。②第2个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系。字母C表示钴基正极，字母N表示镍基正极，字母M表示锰基正极，字母V表示钒基正极。③第3个字母表示电池形状，字母R表示圆柱形电池，字母P表示方形电池。④圆柱形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的直径，单位：mm取整数。三个字母和两位阿拉伯数后用3位阿拉伯数字表示电池高度，单位mm×10取整数。当上述两个尺

3、寸中至少有一个尺寸大于或等于100mm时，在表示直径的数字和高度的数字之间添加分隔符号“/”，同时该尺寸数字的位数相应增加。例：ICR18650ICR20/1050⑤方形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的厚度，单位：mm取整数。在三个字母和两位阿拉伯数字后再用两位阿拉伯数字表示电池的宽度，单位:mm取整数。最后又用两位阿拉伯数字表示电池的高度，单位:mm取整数。当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸大于或等于100mm时，在表示厚度、宽度和高度的数字之间添加分隔符号“/”，同时该尺寸数字的位数相应增加。当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸小于1mm

4、时，用mm×10取整数表示该尺寸，并在整数前添加字母t。例：ICP083448ICP08/34/150ICPt73448锂离子电池实际上是Li+的浓差电池，充电时，Li+从正极材料脱嵌，通过电解质（液）迁移到负极，并嵌入到石墨的层状结构中，此时负极处于富锂状态，正极处于平锂状态；放电时反应过程相反。锂离子电池在充放过程种，Li+在正、负两极间嵌入和脱嵌，因此锂离子电池也被称为“摇椅电池”。2.2锂离子电池特点2.2.1锂离子电池特点：①比能量高，锂离子电池质量比能量达120Wh/kg体积比能量达300Wh/dm3②平均放电电压高，锂离子电池的平均放电电压3.7

5、V左右，是镉镍电池和氢镍电池的3倍。③自放电率低，锂离子电池在正常存放情况下的月自放电率小于10%。④无记忆效应。⑤充放电安时效率高，化成后的锂离子电池充放电安时效率一般在99%左右。⑥循环寿命长，锂离子电池在100%DOD下，充放电可达800周。⑦工作温度范围宽，锂离子电池的工作温度范围一般在-20℃~45℃。⑧对环境友好，锂离子电池被称为“绿色电池”。2.2.2与其他二次电池的性能比较2.2.2与其他二次电池的性能比较3.锂离子电池的主要原材料3.1正极材料3.1.1一种好的锂离子电池正极材料应具备以下条件：①根据法拉第定律，嵌入反应具有大的吉布斯自由能，

6、可以使正负极之间，保持较大电位差，提供高的电池电压；②在一定范围内，锂离子嵌入反应的吉布斯自由能（△G）改变量小，即锂离子嵌入量大且电极电位对嵌入量的依赖性小，以便保证锂离子电池工作电压平稳；③正极材料须具有大孔径隧道结构，锂离子在隧道中有较大的扩散系数和迁移系数，保证锂离子有大的扩散速率；④正极材料须具有良好的电子导电性，以便保证锂离子电池具有最大工作电流；⑤脱嵌锂离子过程中，正极材料具有较小的体积变化，以保证良好的可逆性，同时提高循环性能；⑥在电解液中溶解度很小，对电解液具有良好的热稳定性，以保证电池工作的安全性；⑦贮存性能好，有利于实际应用。3.1.2正

7、极材料的种类在锂离子电池中用作正极材料的是一种可以和锂生成嵌入化合物的过渡金属氧化物。目前锂离子电池所采用的正极材料主要是LiCoO2、LiNiO2、LiMnO4和LiFePO4。这几种锂离子电池正极材料容量和能量参数的比较：①钴酸锂钴酸锂（锂钴氧化物）主要包括有层状结构LiCoO2和尖晶石结构LiCo2O4。由于尖晶石结构性价比较差，研究很少。锂离子电池应用最早、目前应用范围最广、应用量最大的正极材料就是层状结构LiCoO2。钴酸锂主要性能指标：②镍酸锂镍酸锂与钴酸锂的结构类似属于层状结构，与钴酸锂比实际比容量和比能量都要高，也是目前正极材料中比容量是最高的

8、，镍酸锂中锂的化学扩散系数也是最高的，