1、鋰離子電池 鋰離子電池是正負極活性物質為嵌Li+化合物的二次電池，也叫“搖椅電池”。 1991年由Sony公司開發成功。優點：電池電壓高、比能量大、能量密度大、無記憶效應、自放電小、綠色環保、循環壽命長；缺點：大電流放電安全性。鋰離子電池鋰離子電池正極活性物質：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 、LiFePO4負極活性物質：LixC6 、Sn、Si、SiO2、SnO2、TiO2 電解質：LiPF6、 LiAsF6、 LiClO4 、 LiBF4溶劑：EC、DEC、DMC、PC MaterialAverage VoltageGravimetric CapacityLiCoO23.7 V

2、140 mAh/gLiMnO24.0 V100 mAh/gLiFePO43.3 V170 mAh/gLi2FePO4F3.6 V115 mAh/gC(Graphite)C(Coke)372mAh/g186mAh/gLithium-ion battery of Varta, Museum Autovision, Altluheim, GermanyEnergy/weight160 Wh/kgEnergy/size270 Wh/lPower/weight1800 W/kgCharge/discharge efficiency99.9%1Energy/consumer-price2.8-5 Wh/U

3、S$Self-discharge rate5%-10%/monthTime durability(24-36) monthsCycle durability1200 cyclesNominal Cell Voltage3.6 / 3.7 VPermanent Capacity Loss versus Storage ConditionsStorage Temperature40% Charge100% Charge0 C (32 F)2% loss after 1 year6% loss after 1 year25 C (77 F)4% loss after 1 year20% loss a

4、fter 1 year40 C (104 F)15% loss after 1 year35% loss after 1 year60 C (140 F)25% loss after 1 year40% loss after 3 monthsSource: BatteryU鋰離子電池工作原理（-）CnLi PF6 ，EC-DEC-DMCLiMO2 （+）負極反應： nC + xLi+ + xe LixCn 正極反應： LiMO2 Li1-xMO2 + xLi+ + xe總 反 應： nC + LiMO2 Li1-xMO2 + LixCn鋰離子電池材料鋰離子電池電壓 鋰離子電池負極常用相對于鋰0

5、1V的碳負極，因而電池的電壓大部分由正極材料決定 (a)(b)鋰離子電池材料鋰離子電池電壓其中，對正極電位影響最大的是晶格能，因此，電池電壓主要由正極材料晶體結構決定的。鋰離子電池材料正極材料特性 正極材料必須有接納鋰離子的位置和擴散路徑，具有高插入電位、層狀結構的過渡金屬氧化物是目前已應用的正極材料。鋰離子電池材料正極材料儲量 LiCoO2（Co的儲量830萬噸） LiNiO2（Ni的儲量9974萬噸） LiMnO2（Mn的儲量4800000萬噸） LiFePO4 （保護氣氛下合成） LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2鋰離子電池材料正極材料電位均一固相-結構不變-反應(S形電壓曲線)結構

6、發生變化(L形電壓曲線)鋰離子電池材料正極材料電位鋰離子電池材料正極材料晶體結構(尖晶石結構/LiMnO2)鋰離子電池材料正極材料晶體結構(尖晶石結構/LiMnO2) 在LiMn2O4中，存在50%的Mn4+和50%的Mn3+ Mn的平均化合價為3.5是Jahn-Teller效應的臨界點鋰離子電池材料正極材料晶體結構(層狀巖鹽結構/LiCoO2、 LiNiO2)鋰離子電池材料正極材料晶體結構(橄欖石結構/LiFePO4)鋰離子電池材料正極材料熱穩定性正極材料LiCoO2LiNiO2LiNi0.8Co0.2O2 LiFePO4LiMnO2DSC Peak Temp. ()211206208275

7、355DSC exothermic heat (J/g)12050035014780-100鋰離子電池材料正極材料電導率和擴散系數正極材料LiCoO2LiNiO2LiMn2O4LiFePO4電導率/Scm-110-210-110-510-9擴散系數/cm2s-110-810-710-1010-8鋰離子電池材料正極材料粉體特性 鋰離子在正極材料中的擴散系數很小，擴散層厚度按(Dt)1/2來計算，則擴散0.1cm厚時，需要的時間長達幾天，因而必須減小擴散路徑。因此，正極活性物質的粒徑和表面積對電池性能影響很大。另外，電子在顆粒內遷移很快，但在顆粒間遷移較慢，因而需要在顆粒間添加導電劑，加快電子傳遞

8、。鋰離子電池材料碳負極材料 選擇低插鋰電位的Li-C層間化合物。鋰離子電池材料碳負極材料晶胞結構鋰離子電池材料碳負極材料結構石墨軟碳硬碳鋰離子電池材料Si/Si-Al負極材料鋰離子電池材料本實驗室進展 鋰離子電池材料本實驗室進展 鋰離子電池材料鋰離子電解液 鋰離子電池的電壓高達34V，電解質只能用有機溶劑和高分解電位的溶質。另外，鋰離子電池用的電解液的電導率較低(0.01Scm-1)，因而不適合大電流放電(IR降)。溶劑 一般，溶劑介電常數越高，電解質越易電離，陰陽離子間的作用力越小，從而電解質電導率越高，另外，溶劑粘度越小，離子的遷移率越大，因此電導率也越高鋰離子電池材料鋰離子電解液溶質 一

9、般，電解質粘度隨溶質濃度增大而增大，陰離子半徑越大的鋰鹽有粘度增大的傾向。鋰離子聚合物電池鋰離子聚合物電池特性 鋰離子聚合物電池分兩種，一種是電解質用膠體電解質的鋰離子電池，這種電池不僅具有液態鋰離子電池的優點，還可以制成任意形狀和尺寸的電池，其結構能大大簡化；另一種是正極材料為聚合物的鋰離子電池。鋰離子電池應用前景電池成本 目前電動汽車用快充動力鋰離子電池價格在$1600/kwh左右，普通動力鋰離子電池價格在$500/kwh，按照目前美國汽油和電力的價格趨勢，在汽車的整個使用周期內，100km續航能力的快充動力鋰離子電池電動車使用成本比性能相當的汽油內燃發動機汽車高25%。一旦電動汽車用動力

10、電池價格下降到$200-300/kwh，電動車使用成本將與傳統汽車相當。根據預測，在各國相關政策的鼓勵下，2020年全球電動汽車用鋰離子需求接近50Gwh，快充電池成本2020年有望下降到$400-500/kwh，普通動力電池價格能下降到$200-300/kwh。鋰離子電池應用前景應用前景 鋰動力電池可以使用在便攜式設備、衛星、儲備電源、電動汽車等各種領域，具有替代各種二次電源的潛力，具有廣闊的前景。目前鋰動力電池最熱門的應用是電動汽車。當前許多世界著名汽車廠商都致力于開發純電動汽車（EV）及混合動力汽車（HEV），而大部分采用的是鋰動力電池。特別是我國863新能源汽車重大專項的實施，更是把我

11、國的鋰動力電池行業推向了行業前沿，為鋰動力電池展開了廣闊的市場前景。按照我國新能源汽車的發展目標，到2012年，國內的新能源汽車年產將達到100萬輛以上，對鋰動力電池的需求將達到5000兆瓦時以上。此外，我國作為自行車大國，電動自行車用鋰動力電池也在國內有著非常大的市場應用前景。鋰離子電池應用前景應用前景 除了民用領域，在航天及軍事應用中，鋰動力電池也有廣闊的前景。鋰離子電池一直被稱為第三代航天電源，世界各國都對鋰離子電池在空間領域的應用進行了研究和評估，NASA、ESA、JAXA都已經進行了多年的工作，并由英國在STRV-1d小型衛星上首先使用了鋰離子電池作為貯能電源。我國在2008年發射的神七伴星也采用了鋰離子電池作為貯能電源。目前，全世界已經有20多顆衛星采用了鋰離子電池作為貯能電源，計劃采用鋰離子電池的有10多顆，而隨著鋰離子電池的材料和技術的成熟，將會有更多的航天器采用鋰離子電池作為貯能電源。而在