锂离子电池的应用﹑研究与发展

参考文献
1. Kisuk Kang, Ying Shirley Meng, Julien Bréger, Clare P. Grey, and Gerbrand Ceder, Electrodes with High Power and High Capacity for Rechargeable Lithium Batteries, Science 311 (2006) 977-980. 2. Hiroyuki Nishide and Kenichi Oyaizu, Toward Flexible Batteries, Science 319 (2008) 737-738. 3. Joe Alper, The Battery: Not Yet a Terminal Case, Science 296 (2002) 1224 1226. 4. 吴宇平等编著,锂离子二次电池 ,化学工业出版(2002),P99-103. 5. Y. Kim, H.S. Kim, S.W. Martin, Synthesis and electrochemical characteristics of Al2O3-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode materials for lithium ion batteries, Electrochimica Acta 52 (2006) 1316-1322. 6. L. Liu, Z. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, Al2O3-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion batteries, Solid State Ionics 152-153 (2002) 341346. 7. Robert F. Service, Shrinking Dimensions Spur Research Into Ever-Slimmer Batteries, Science 308 (2005) 786. 8. Jaephil Cho*, VOx-coated LiMn2O4 nanorod clusters for lithium battery cathode materials, Journal of Materials Chemistry 18 (2008) 2257–2261.
锂 离 子 电 池 的 主 要 市 场
图 1.4 锂离子电池的主要应用
福特Escape混合动力车
锂 离 子 电 池 的 未 来 市 场
图 1.5 锂离子电池的拓展市场
锂离子二次电池的发展
图 1.6 锂离电池需求量预测
随着材料研发 的不断进步和 电池电化学性 能的提高,锂离 子电池仍然会 快速增长,霸占 着二次电池市 场
电极反应:
可逆地嵌入和脱嵌Li+的过程
3
电池材料的改进
锂离子电池的负极材料
石墨:作为碳材料中的一种，与锂形成石墨嵌入化合物（Graphite Intercalation Compounds）LiC6 . 容量循环衰减 石墨材料的改性 引入非金属元素： H、B、N、Si 、P、S 等 引入金属元素：K、Mg、Al、Ga、V、Ni、Co、Cu、Fe 等 表面处理:氧化处理﹑采用碳包覆﹑包覆金属及其氧化物﹑聚合物包覆 构米 碳 料的 制 增尺 纳 微 备 巴结 高 米 度 加 稳 的 管 基构 纯 定 材嵌 和 球碳 度 性 料锂 其 负 和 结 构微 它 极 规 的结 纳 、材 整 . , C60 容 极质 氧化 特 量 材量 化物 殊 得以 料比 物如 结 到及 大能 基新 构 提循 大量 负型 的 高环 提较 极锡 金 性 高碳 材复 属 能 电负 料合 氧
,
.
4
未来市场发展和展望
锂离子二次电池的市场发展
锂离子电池目前已经成为便携式电器(手机、笔记本电 脑等)标配电源。 锂离子电池作电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)的动 力电源也会得到更广泛应用。 在航空航天领域、军事应用、微型机电系统、动力负 荷调节系统﹑生物领域等方面，锂离子电池会扮演越来 越重要的角色。
锂离子电池
二次电池
镍镉电池
氢镍电池
图 1.3 商业化的二次电池种类
锂离子电池的优点
• • • • • • • • 电压高 (Ni-Cd、Ni-H电池的3倍 ); 比能量大 (2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH); 循环寿命长 (500次以上,甚至1000次以上); 安全性能好,无公害,无记忆效应; 自放电小(低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的 30-35%); 可快速充放电; 工作温度范围高， 重量小
参考文献
9. Lifen Xiao et al .Enhanced electrochemical performance of submicron LiCoO2 synthesized by polymer pyrolysis method, Journal of Solid State Electrochemistry (2008) 12:149–153. 10. S. Castro-Garc, A. Castro-Couceiro, M.A. Senarir-Rodriuez, F. Soulette, C. Julien, Influence of aluminum doping on the properties of LiCoO2 and LiNi0.5Co0.5O2 oxides, Solid State Ionics 156 (2003) 15-26. 11. H. Cao, B. Xia, Y. Zhang, N. Xu, LiAlO2-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion batteries, Solid State Ionics 176 (2005) 911-914. 12. J.C. Arrebola, A. Caballero, L. Hern, J. Morales, PMMA-assisted synthesis of Li1-xNi0.5Mn1.5O4-d for high-voltage lithium batteries with expanded rate capability at high cycling temperatures, Journal of Power Sources 180 (2008) 852-858. 13. A. Dailly, R. Schneider, D. Billaud, Y. Fort, P. Willmann, New graphite antimony composites as anodic materials for lithium-ion batteries.: Preparation, characterisation and electrochemical performance, Electrochimica Acta 47 (2002) 4207-4212. 14. NanoSafe™ Battery Technology, www.altairnano.com.Web.
Electrolyte
LixC6
Anode
Li1-xCoO2
Cathode
Hale Waihona Puke Baidu
锂 二以 次氧 电 分池化 别充钴 代放锂 表电为 石示正 墨意极 炭图材 原 料 子 ， 、 石 氧 墨 原 为 子 负 及 极 钴 材 原 料 子 的
图 2.1 锂离子电池的充放电原理示意图
锂离子电池的反应机理
正极反应: 负极反应:
充电 LiCoO2 Li CoO xLi xe 2 1 x
放电
充电 6C xLi xe LixC6
放电
充电 总的反应: 6C LiCoO2 Li1xCoO2 LixC6 放电
锂离子电池的研究与发展
陈彬
目
1 2 3 4
录
锂离子电池的应用现状
锂离子电池的充放电原理
材料的改进
未来市场发展和展望
1
锂离子电池的应用现状
锂离子二次电池的起源
图1.1 有关电池的发展历史
锂离子二次电池的发展
图 1.2 锂离子电池在二次电池市场占有率的趋势
市场上二次电池的种类
铅酸电池 (电瓶)
2
锂离子电池充放电原理
锂离子电池的原理示意图
Charge Discharge
e
_
load
e
+
e e e e e
Current Collector
Discharge
Li + Li
+
Li +
e e
Li +
Charge
Li + Li + Li Li +
+
Li
+
Li +
e
Current Collector