锂离子电池概述.ppt

【锂离子电池概述】 锂离子电池作为一种高能量密度的可充电电池，自20世纪60年代以来就引起了广泛的关注。这种电池的核心在于锂离子在电池内部的迁移，从而实现充放电。锂原子量最小，标准电极电位最负，这使得它成为构建高能电池的理想选择。早期的研究主要围绕锂原电池，如Li/MnO2和Li/CFx，它们在70年代实现了商业化，与传统电池相比，拥有更高的能量密度和更长的寿命。 然而，以金属锂为负极的锂二次电池在实际应用中存在安全隐患，如锂枝晶的形成导致短路以及金属锂与电解液的反应，这限制了其商业化进程。因此，80年代的研究转向了寻找可储锂的负极材料，如过渡金属氧化物和碳类材料，同时开发了含锂的正极材料，如LiCoO2。这一创新推动了锂离子电池的诞生，以石墨化碳为负极，锂过渡金属复合氧化物为正极，如LiCoO2，标志着锂二次电池进入实用化的新阶段。 锂离子电池的工作原理基于锂离子在电池内部的嵌入和脱嵌。在充电过程中，锂离子从正极材料（如LiCoO2）中脱出，通过电解质迁移到负极（如石墨），并在负极材料中嵌入，形成LixC6；在放电时，锂离子则反向移动，回到正极，完成能量释放。 正极材料是锂离子电池性能的关键因素。常见的正极材料按金属元素分类有钴系列（LiCoO2、LiCo1-xMxO2）、镍系列（LiNiO2、LiNi1-xMxO2）、锰系列（LiMn2O4、LiMn2-xMxO4、LiMnO2）和钒系列（LiV3O8、LiV2O5）。根据结构，正极材料可以分为层状结构（LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2）、尖晶石结构（LiMn2O4）和橄榄石结构（LiFePO4）。锂源型正极材料包含锂元素，而非锂源型则不包含。 锂离子电池的特性包括高能量密度、长循环寿命、良好的倍率性能和较低的记忆效应。然而，安全性问题，如热失控、电解液的不稳定性和正极材料的结构退化，仍然是当前研究和改进的重点。近年来，锂离子电池的发展趋势朝着提高安全性能、提高能量密度、延长使用寿命和使用环保材料方向发展，如全固态电解质和高性能正极材料的探索。 随着技术的进步，锂离子电池被广泛应用在便携式电子设备、电动汽车、储能系统等领域，对现代社会产生了深远影响。未来，锂离子电池将继续优化，以满足日益增长的能源需求，并推动可持续发展的能源解决方案。