锂离子电池相关研究开题报告-北科大

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1、目录1．文献综述31.1锂离子电池的工作原理31.2锂离子二次电池的主要特点51.3锂离子二次电池的研究现状61.3.1正极材料的研究进展71.3.2负极材料的研究进展101.3.3电解液的研究进展121.3.4锂离子电池隔膜研究进展151.3.5铝箔作为锂离子电池正极集流体的研究现状151.3.6铜箔作为锂离子电池负极集流体的研究现状171.4自组装制备微孔薄膜技术研究现状181.5小结192.课题来源和选题意义202.1课题来源202.2课题目的202.3选题意义203.课题内容和时间安排203.1课题研究主要内

2、容203.1.1实验方案213.1.2前期所做工作及总结21583.2课题时间安排23参考文献24581．文献综述锂离子电池作为新一代绿色高能可充电电池,具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出优点,在近10年来取得了飞速发展,并以其卓越的高性价比优势在全球各国的笔记本电脑、移动电话、摄录机、武器装备等移动电子终端设备领域占据了主导地位,被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产业[1-4]。近年来，信息技术的发展和新型电子仪器设备的进步使得高能二次电池的研究和开发成为了热门课

3、题。除了便携式电子设备需要大量的电池作为动力源外，电动汽车、航空航天以及现代化的武器装备也迫切地需要大容量、长寿命、低成本、无环境污染的高能二次电池，此类电池的研发已经成为电池产业发展的重点。锂离子电池是一种新型的绿色二次电池，1990年日本的SONY公司率先研制成功并且实现了锂离子电池的商业化生产。此后，锂离子二次电池以其高电压、高容量、循环寿命长、安全性能好等显著的优点，成为近年来高能电池研究领域的热点方向之一。1.1锂离子电池的工作原理锂离子电池是指其中的Li+嵌入和脱逸正负极材料的一种可充放电的高能电池。其正

4、极一般采用插锂化合物，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等，负极采用锂-碳层间化合物，电解质为溶解了锂盐的有机溶剂。溶剂主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和氯碳酸酯(ClMC)等。在充电过程中，Li+在两个电极之间往返脱嵌，被形象地称为“摇椅电池”（rockingchairbatteries，缩写为（RCB）。锂离子电池实质上是一个Li+离子浓差电池:当电池充电时，Li+离子从正极嵌锂化合物中脱出，经过电解质溶液嵌入负极化合物晶格中，正极活性物处于贫锂状态，同时电子的补偿电荷

5、从外电路供给到碳负极，以确保电荷的平衡。放电时则相反，Li+离子从负极化合物中脱出，经过电解质溶液再嵌入正极材料中，正极活性物为富锂状态。为保持电荷平衡，充放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递，与Li+离子一58起在正、负极之间来回迁移，使正、负极发生相应的氧化还原反应，保持一定的电位。在正常的情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起材料的层面间距变化，不破坏其晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电反应的可逆性看，锂离子电池反应时一种理想的可逆反应

6、。其工作原理如图1.1所示[5-7]。以过渡金属嵌锂氧化物LixMmOn。为正极活性材料，石墨(C6)为负极活性材料组成的锂离子电池，其充放电反应式可表示为:正极反应:LixMmOnLix-yMmOn+yLi++ye-(1.1)负极反应:zC+yLi++ye-LiyCz(1.2)电池反应:LixMmOn+CzLix-yMmOn+LiyCz(1.3)锂离子电池的电化学表达式为：(-)Cz︱LiX-EC+DEC︱LixMmOn(+)(1.4)式中LIX为LICIO4、LIAsF6或LIPF6等电解质盐，M为Co、Mn、N

7、i、V或Fe等过渡金属离子，EC为碳酸乙烯酯、DEC为碳酸二乙酯。图1.1锂离子电池原理工作示意图58锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物和锂离子浓度有关。用作锂离子电池的正极材料是过渡金属的离子复合氧化物，作为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维等。1.2锂离子二次电池的主要特点锂离子电池的优点表现为容量大，工作电压高。容量为同等镉镍蓄电池的两倍，而通常的单体锂离子电池的电压为3.6V，是镍镉和镍氢电池的3倍。荷电保持能力强，永许工作温度范围宽

8、。在（20±5）℃下，以开路形式贮存30天后，电池的常温放电容量大于额定容量的85%。锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可以在-20~+55℃工作，高温放电性能优于其他各类电池。循环使用寿命长。锂离子电池采用碳阳极，在放电过程中，碳阳极不会产生枝晶锂，从而可以避免电池因为内部枝晶锂短路而损坏。在连续充放电1200次后，电池的容量依然不低于额定