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1、华南理工大学学报(自然科学版)第27卷第5期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.27No.51999年5月(NaturalScience)May1999锂离子电池及其材料的发展近况杨晓西王铁军丁静杨建平(华南理工大学传热与节能教育部开放研究实验室广州5l0640)摘要本文综述了国内外锂离子电池技术及其材料的发展现状,比较了国内锂离子电池产品与国外进口产品的性能,并对锂离子电池的国产化问题进行了分析探讨.关键词锂离子电池;电池材料;国产化问题中图资料分类号TM911.5锂离子电池是在近十年中对锂二次电池研究的基础上,于90年代迅速发
2、展起来的新电源体系.它既保持了锂电池所具有的高比能量、长循环寿命的优点,又具有比以纯金属锂为阳极的二次电池可靠的优点,故其自问世以来就成为新型电源技术研究的热点.1发展动态商品化的小型锂离子电池投放市场后,引起人们的极大关注.1990年春,日本索尼能源开发公司研制出锂离子电池,解决了使用金属锂作负极的许多问题,电池安全性高,并开始投产.1991年东芝公司开始投产,l992年三洋矩形电池投产,同年秋,松下公司也开始生产矩形电池,同时索尼公司圆筒型锂离子电池实现商品化,开始时装在该公司的摄录一体型录像机/CCD_TR0上,随后应用扩大到便携式计算机等方面.1993年汤浅公司亦开始生产矩形
3、电池.同年,锂离子电池作为电动汽车的动力能源进行开发研究.l995年以前,锂离子电池仅为日本独家生产,1995年开始在美、法、德、加、中、韩等国发展,以美国的杜拉塞尔公司和美国莫里能源公司发展较快,规模较大.1996年,三菱公司在北京展出第一台以锂离子电池为动力的电动汽年概念车,同年,索尼公司与日产公司合作也进行了以锂离子电池为动力的电动汽车试车实验.近两年,国外成功地将锂离子电池应用到航空航天以及深海作业等领域.我国天津电源研究所、北京有色金属研究总院、中科院化学所、武汉大学、厦门大学和北京科技大学等单位从1993年起亦开始研制锂离子电池.近两年,在天津和广东肇庆、江门等地有数家单
4、位开始引进国外先进技术设备生产锂离子电池.2锂离子电池材料2.1负极材料锂离子电池的技术关键之一是采用能在充放电过程中嵌入和脱嵌锂离子的正负电极材料.作为负极的碳材料,可选择石墨、煤焦、乙炔黑、针状焦、冶金焦、石油焦炭,其中以石来稿日期:1998-08-18杨晓西,男,1953年生,教授;主要研究方向:传递过程强化与节能.第5期杨晓西等:锂离子电池及其材料的发展近况53油焦炭作为嵌锂负极,性能较稳定,对它的研究较成熟.用人造石墨和天然石墨作负极,则可大大提高电极的比容量(约370mA#h/g),用改性的活性石墨在提高电化学容量的同时,还具有开路电压高、充放电率好等优异性能,但其易与电
5、解质发生反应,使嵌入锂的反应效率降低.对于这个问题,可通过优选电解质及材料处理加以改善.目前,国外新一代锂离子蓄电池已采用石墨作负极,这种电池具有更高的容量和比能量.如18650锂离子蓄电池,其容量已从1000mA#h提高到1200~1300mA#h,比能量从l00W#h/kg提高到117W#h/kg左右.在碳材料研究中,人们已发现可逆锂的嵌入量可达到400mA#h/g以上,最高可达到550mA#h/g,这就超过了LiC6中的理论嵌入量.但是对于使用何种碳电极最好这一问题的认识并不一致.索尼公司使用聚糖醇的碳化物,三洋公司使用天然石墨,松下公司则采用中间相沥青基碳微球.日本学者杉本丰
6、次认为石墨化程度高的中间相沥青微球或天然石墨,以其放电容量、放电电压特性、不可逆容量方面具有较好的电池特性,特别是中间相沥青微球其容量高、粉末填充性好,所以它作为锂离子电池负极材料最好.西美绪等人认为难以石墨化的碳材料性能较好,他们认为这种材料容易保持锂离子的状态.与结晶性石墨相比,无定+形碳具有较大的层间距和较小的层平面,Li在其中扩散速度较快,能使电池具有更高速的充放电,且无定形比表面积大,表面含有表1三种碳材料性能较多的极性基团,能与电解液有较好的相Table1Theperformanceparameterofthreecarbonmaterials溶性.日本索尼公司用石油焦碳
7、作负极,研制出20500型锂离子电池,重39g,比密度D值碳材料-3备注/g#cm/nm能量261W#h/L,平均电压3.6V,可循环石墨2.260.3354200次,1C速率放电容量可达1000mA#h,70%平行层,d=0.334nm软碳2.080.380030%非平行层,d=0.450nm为总容量的90%,2C速率放电容量亦达50%平行层,d=0.340nm总量的80%,该电池能适应快速充放电的硬碳1.500.510050%非平行层,d=0.450n
