锂离子电池教程

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1、锂离子电池下一页最后页上一页第一页锂二次电池以金属锂或锂合金作为负极，以插入式或嵌入式过渡金属化合物（如V6O13，MoS2等）作为正极活性物质，电池反应能可逆进行的一类电池的总称。Li/MoS2电池：xLi+MoS2↔LixMoS2,该电池以Li和MoS2作为负极和正极的活性物质，采用有机电解液。锂电池和锂离子电池（一）锂电池下一页最后页上一页第一页Li/MnO2:LiMn2O4或α,β-EMD（电解MnO2）作为正极活性物质，电池充放电反应为:xLi+LiMn2O4↔Li1+XMn2O4xLi+α，β-MnO2

2、↔LiXMnO2(二)锂离子二次电池该类电池以人造石墨或天然石墨等作负极，正极和电解液仍与锂电池相同。电池反应实际上也是一种嵌入反应。电极反应：Cathode:LiMeO2-xe-→Li1-xMeO2+xLi+Anode:6C+xLi++xe-→C6LixLiMeO2+6C→C6Lix+Li1-xMeO2在正极中（以LiCoO2为例），Li+和Co3+各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置。充电时，锂离子从八面体位置发生脱落，释放一个电子，Co3+氧化为Co2+；放电时，锂离子嵌入到八面体位置，得到一个电子，Co2

3、+还原为Co3+。在负极中，当锂插入到石墨的墨片分子平面上，与锂离子之间发生一定的静电作用，因此实际大小比在正极中要大。Cd-Ni、MH-Ni、锂离子电池性能比较无锂离子二次电池的发展自90年代日本索尼公司开发成功以来，锂离子电池迅速向产业化发展，并在移动电话、摄像机、笔记本电脑等便携式电器上大量应用。移动电话占43%的市场份额，笔记本电脑占41%，摄影机占7%，小型光碟机(MD)4%，个人数码助理占2%，数码相机1%。1994年索尼公司锂离子电池月产量达到200万只，1996年全世界锂离子电池年产量1.2亿只，占充电

4、电池市场的三分之一。世界锂离子电池的生产前几年几乎被日本人垄断，1998年日本锂离子电池的生产能力就已达到4亿只／年。2001-2005年全球锂离子二次电池产量统计全球锂离子二次电池生产区域分布2005年锂离子二次电池的消费结构全球锂离子二次电池主要生产厂商锂离子二次电池的产业龙头地位一直以来都被日本三洋电机独霸，据最新统计，2006年第一季度三洋电机锂离子二次电池的产量已高达5000万只/月，遥遥领先于其他竞争对手，比克、索尼、比亚迪和三星以月产2000万以上居于锂离子电池制造商第二集团的位置。MBI、LG化学、力神

5、、NEC、Maxell则属于第三集团。TOP10制造商月产都在550万以上。2005年全球锂离子二次电池厂商产出结构锂离子电池设备中国手机锂离子电池OEM市场厂商结构2005年中国锂离子电池生产区域分布锂离子电池的组成正极负极隔膜电解液锂离子电池正极材料钴酸锂（LiCoO2）正极材料锰酸锂（LiMn2O4）正极材料镍酸锂（LiNiO2）正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料钴酸锂正极材料层状LiCoO2结构式意图层状结构：稳定！经典正极材料。尖晶石结构：循环性能差，不稳定。a=0.2816nmc=1.4056nmc

6、/a=4.899DLi+=10-9~10-7cm2/s市场趋势SEMmicrographof(a)LiCoO2,(b)LiCo0.3Al0.7O2,(c)LiNi0.5Co0.5O2(d)LiNi0.2Al0.3Co0.5O2powderscalcinedat800℃钴酸锂正极材料ConstantcurrentdischargeandchargecurvesofbareLiCoO2at0.2mA/cm2between3.0and4.5V.钴酸锂正极材料尖晶石LiMn2O4优点：①锰资源丰富（约50亿吨），廉价，材料成本

7、约为LiCoO2的1/10；②耐过充性能及电池安全性能好。问题：①循环性差（特别在45℃以上的高温下）：锰的溶解、流失。②比容量低：~120mAh/g。改善掺杂金属离子如Cr、Al、Ni等-LiMn2-xMxO2合成富锂的锰锂氧化物—Li1+δMn2-δO4尖晶石LiMn2O4镍酸锂层状结构，比容量：160~200mAh/g，平均嵌锂电位约为3.8V（VS.Li+/Li）主要优点：①比容量高；②价格较低廉，仅为LiCoO2的1/3存在的问题：①大电流充放能力差；②稳定性差，存在安全隐患。改进方法（掺杂）：LiNi0.8

8、Co0.2O2（镍钴固熔体）层状结构，比容量：180~190mAh/g，循环性能好，结构稳定。磷酸铁锂（LiFePO4）橄榄石型结构平均放电电压：~3.4V，比容量~130mAh/g（理论比容量170mAh/g），循环性能较好。磷酸铁锂（LiFePO4）磷酸铁锂的优点：安全性：缺点：磷酸铁锂（LiFePO4）磷酸铁锂的用途：电动自