鋰離子電池1課件

鋰離子電池電池太陽能電池雙層電氣電容熱電池物理電池生物電池酶解電池微生物電池化學電池一次電池二次電池燃料電池鎳鉻電池鎳氫電池鋰離子電池鉛酸電池鋰一次電池(又稱鋰原電池,PrimaryLB)鋰電池(LithiumBattery,簡寫成LB)鋰二次電池(又稱鋰可充電電池，RechargeableLB)

在商業(yè)化鋰一次電池的同時，人們發(fā)現(xiàn)許多層狀無機硫族化合物可以同堿金屬發(fā)生可逆反應，這樣的化合物統(tǒng)稱為嵌入化合物。在嵌入化合物基礎上，鋰二次電池誕生了，其中最具有代表性的是1970年?？松镜腗.S.Whittingham利用Li-TiS體系，制成首個鋰電池。但由于其枝晶所產(chǎn)生嚴重的安全隱患而未能成功實現(xiàn)商品化。循環(huán)100次形成的鋰枝晶圖鋰二次電池的產(chǎn)生[1]WhittinghamMS．U．S．Patent4009052．1977[2]WhittinghamMS．Science，1975，192：12261941年出生，于牛津大學BA

(1964),

MA

(1967),和

DrPhil(1968)學位，目前就職于賓漢姆頓大學。Dr.Whittingham是發(fā)明嵌入式鋰離子電池重要人物，在與Exxon公司合作制成首個鋰電池之后，他又發(fā)現(xiàn)水熱合成法能夠用于電極材料的制備，這種方法目前被擁有磷酸鐵鋰專利的獨家使用權(quán)的Phostech公司所使用。由于他所作出的卓越貢獻，他于1971年被電化學會授予青年作家獎，于2004年被授予電池研究獎，并且被推舉為會員。ManleyStanleyWhittingham鋰離子電池區(qū)別于鋰電池早期的鋰電池鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池發(fā)展而來。所以在介紹之前，先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。這種電池也可以充電,但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中,容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。鋰離子電池：炭材料鋰電池后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。目前所說的鋰離子電池通常為鋰二次電池。搖椅式電池[1]Michel

Armand,Philippe

Touzain.

Graphiteintercalationcompoundsascathodematerials.MaterialsScienceandEngineering.Volume31,1977,319-329[2]ArmandMB．PhDthesis，

Grenoble，1978[3]ArmandMB．MaterialsforAdvancedBatteryNewYork：

Plenum，1980．145

20世紀80年代初，M.B.Armond首次提出用嵌鋰化合物代替二次鋰電池中金屬鋰負極的構(gòu)想。在新的系統(tǒng)中，正極和負極材料均采用鋰離子嵌入/脫嵌材料。當對電池進行充電時，正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。負極的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。Armand教授是鋰離子電池的奠基人之一，是國際學術(shù)和產(chǎn)業(yè)界公認的、在電池領(lǐng)域具有原始創(chuàng)新成果的電池專家。Armand教授主要原創(chuàng)性學術(shù)貢獻有：1.1977年，首次發(fā)現(xiàn)并提出石墨嵌鋰化合物作為二次電池的電極材料。在此基礎上，于1980年首次提出“搖椅式電池”（RockingChairBatteries）概念，成功解決了鋰負極材料的安全性問題。2.1978年，首次提出了高分子固體電解質(zhì)應用于鋰電池。3.1996年，提出離子液體電解質(zhì)材料應用于染料敏化太陽能電池。4.提出了碳包覆解決磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料的導電性問題，為動力電池及電動汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎。M.Armand鋰離子電池的商品化1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨這種鋰離子電池，該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代金屬鋰作為負極，克服了鋰二次電池循環(huán)壽命低、安全性差的缺點，鋰離子電池得以商品化。標志著電池工業(yè)的一次革命。[1]Nagaura,T.&Tozawa,K.Lithiumionrechargeablebattery.

Prog.BatteriesSolarCells9,209(1990)[2]專利號:JP4147573-A;JP3028582-B2;US5370710-A發(fā)明人:KATOH,NAGAURAT專利權(quán)人和代碼:SONYCORP(SONY-C)[3]專利號:EP486950-A;EP486950-A1;CA2055305-A;JP4184872-A;JP4280082-A;US5292601-A;EP486950-B1;DE69103384-E;JP3079613-B2;JP3089662-B2;JP2000268864-A;CA2055305-C;JP3356157-B2發(fā)明人:SUGENON,ANZAIM,NAGAURAT專利權(quán)人和代碼:SONYCORP(SONY-C)[4]專利號:JP5036413-A;JP3282189-B2;US5273842-A發(fā)明人:NAGAURAT,YAMAHIRAT專利權(quán)人和代碼:SONYCORP(SONY-C)鋰離子電池特點與鎳鎘（Ni/Cd）、鎳氫（Ni/MH）電池相比，鋰離子電池的主要特點如下：鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理圖schematicrepresentationandoperationprincipleofrechargeablelithiumionbattery鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恒流快充階