锂离子二次电池及其电解质的分析研究
锂离子电池的现状研究
锂离子电池的现状研究摘要：电池是储存有电解质溶液以及金属电极的容器，该容器可以实现能量的转化从而输出电能。
锂离子电池作为当前储能技术领域中重要储能技术手段，随着技术的发展，其在越来越多的场景实现了技术应用,本文通过对锂离子电池发展现状开展探究，以期为相关的研究人士提供可参考的价值。
关键词：电池；锂离子电池；储能技术一、锂电池综述电池是储存有电解质溶液以及金属电极的容器，该容器可以实现能量的转化，从而输出电能。
按照内部反应类型的不同，电池可以分为物理电池、化学电池以及生物电池。
按照充电与否又可以将电池分为一次电池和二次电池。
一次电池又称为不可充电电池，而二次电池又名充电电池，二次电池可以在电池放电后通过充电的方式实现电池的循环使用，该类电池包含有铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池，当前在二次电池的应用上以锂离子电池为主。
按照锂离子电池的外包装不同，可以将其分为圆柱、方形以及软包这几个类型，其中前两种类型的锂离子电池在外壳材料的选用上以硬质的材料为主，因此在硬度表现上表现为硬包装。
与之相反，软包锂离子电池则采用的是铝塑膜形态的软性包装，在常见的软包电池中单片电池通过运用铝塑膜进行密封可以对内部的电解质起到很好的保护作用，在应用的领域中，当前锂离子主要以三种形式存在，一种是消费用电池，一种是储能用电池，另一种则是动力用电池。
在工艺的划分上，按照生产的位置不同，锂电池可以分为前端生产工艺、中端生活工艺以及后端生产工艺。
我们可以将锂离子电池分为两部分，一部分为正极，在正极中的连接材料通常为铝箔。
在电池的中间部分为聚合物隔膜，该隔膜可以将正极与负极做好隔断，这样的隔断可以在阻断e-通过的同时保证Li+的正常通行。
另一部分为电池的负极，负极的材质主要是石墨，与正极连接材料不同，负极材料通常为铜箔。
电池的电解质存在于电池的顶端与末端，在外壳的材质的选用上，电池多采用硬质外壳。
不同状态下的锂离子电池其Li+运动轨迹存在有本质上的区别，充电时，Li+由正极出发通过中间的隔膜最终完成向负极的移动；放电时， Li+则是从负极出发通过中间的隔膜最终完成向正极的移动。
锂离子电池的应用﹑研究及发展ppt
定性能的材料，以满足各种需求。
02
电池管理系统
研发更智能、高效的电池管理系统，实现对电池的实时监控、预警和
维护。这有助于提高锂离子电池的使用寿命和安全性，同时降低使用
成本。
03
多样化应用场景
拓展锂离子电池的应用领域，如储能、航空航天、医疗设备等。通过
多样化应用场景的探索，为锂离子电池的发展提供更广阔的空间。
2
到了1991年，索尼公司成功开发出了商业化的 锂离子电池，并一直沿用至今。
3
近年来，随着电动汽车、移动设备等领域的快 速发展，锂离子电池的需求不断增加，同时其 技术也在不断升级和完善。
锂离子电池工作原理
01
锂离子电池是一种二次电池，它以锂离子作为电荷载体，利用 锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。
循环寿命问题
锂离子电池的循环寿命相对较短，影响了其在一些需要 长时间使用和储存的领域的应用。因此，提高锂离子电 池的循环寿命是面临的另一个重要挑战。
安全问题
近年来，锂离子电池的安全事故时有发生，对人们的生 命财产安全构成威胁。因此，提高锂离子电池的安全性 能也是当前面临的一个重要挑战。
05
未来展望与总结
工业储能
工业使用的储能设备，用于平衡电 力系统、可再生能源接入等。
其他领域
航空航天
锂离子电池也开始在航空航天领域得到应用，例如用于无人机、 航空电子设备等。
军事领域
锂离子电池因其体积小、能量密度高等特点，也开始在军事领域 得到应用，例如用于无人潜航器、电子战系统等。
电力工具
锂离子电池因其高能量密度和长寿命等特点，也开始在电力工具 领域得到应用，例如用
提高能量密度
探索新型正极材料
锂离子
锂离子电池摘要：锂离子电池与其他二次电池相比，具有比能量大、自放电小、质量轻、无记忆效应和环境友好等优点，因此决定了其在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景[1];介绍了锂离子电池的电化学反应原理、特点及发展历程。
研究了锂离子电池的成型工艺、电解液以及化成进行，综述了锂离子电池的正极材料、负极材料及电解质材料的研究进展, 并展望了其发展前景。
关键词:锂离子；电极材料；制造技术受到能源危机和环境保护等因素影响，纯电动汽车做为一种新兴的交通工具，由于其能源利用率高、无排放、噪声小以及能量来源多样化等优点[2]成为汽车工业一个重要的研究领域。
传统的电动汽车存在续航里程有限、蓄电池使用寿命太短以及蓄电池尺寸和质量的制约等缺点，而锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、无记忆效应、循环寿命长、无污染、质量轻、自放电小等特点[3]，已经应用在很多领域，如便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源和二次充电及储能领域等［4］。
可以很好地解决以上问题，所以基于锂离子电池的电动汽车受到越来越多人们的关注，锂离子电池已经成为纯电动汽车的候选能源之一[5-6]。
1. 锂离子电池工作原理及特点锂离子电池是在锂二次电池基础上发展起来的一种新型充电电池, 它的正负极材料都是能发生锂离子嵌入——脱出反应的物质。
在充电态负极处于富锂态, 正极处于贫锂态, 随着放电的进行, 锂离子从负极脱嵌, 经过电解质嵌入正极, 放电时则以相反过程进行。
在充放电过程中, 锂离子在正负极间摇来摇去, 而无金属锂的析出, 因此, 锂离子电池又被称为“摇椅电池”[ 7] 。
显然这种电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物的浓度有关, 用作电极的材料主要是过渡金属、锰的锂离子嵌入化合物和锂离子嵌入碳化合物。
锂离子电池的一般特点:( 1) 体积及质量比能量高; ( 2) 单电池的输出电压高, 约为4. 2 V; ( 3) 自放电率小; ( 4) 能在较高的温度下使用; ( 5) 对环境污染小。
《2024年新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究》范文
《新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着科技的发展和人类对能源需求的日益增长，新型电池技术的研究与开发显得尤为重要。
作为现代社会主要的能量来源，二次电池已经成为科技发展中不可或缺的一环。
尤其是固态化锂二次电池，凭借其高能量密度、高安全性和长寿命等特点，成为当下研究的重要领域。
本论文将对新型固态化锂二次电池及其相关材料的制备与性能进行深入研究。
二、新型固态化锂二次电池的概述新型固态化锂二次电池是一种以固态电解质替代传统液态电解质的二次电池。
其优点在于固态电解质具有更高的安全性和更长的寿命，同时也能有效防止电池内部的短路和泄漏。
此外，固态电池在高温和高倍率放电方面也有着良好的性能。
三、相关材料的制备1. 固态电解质的制备固态电解质是新型固态化锂二次电池的关键组成部分。
本论文将研究不同材料的固态电解质制备方法，包括硫化物、氧化物、聚合物等材料体系，探讨不同材料的性能和特点，寻找最优的电解质材料。
制备方法包括溶胶凝胶法、共沉淀法、物理气相沉积法等。
通过对制备过程的温度、压力、时间等参数进行控制，可以得到性能良好的固态电解质。
2. 正负极材料的制备正负极材料是新型固态化锂二次电池的重要组成部分。
我们将研究锂化物、氧化物、硫化物等材料的制备方法和性能，寻找最优的正负极材料。
制备方法主要包括化学气相沉积法、球磨法等。
对于每种材料，我们都将探讨其合成条件、结构和性能，并尝试通过元素掺杂等方法优化其电化学性能。
四、性能研究我们将对新型固态化锂二次电池的电化学性能进行深入研究，包括充放电性能、循环稳定性、倍率性能等。
通过与传统的液态电解质二次电池进行对比，分析固态化锂二次电池的优点和潜在问题。
此外，我们还将研究固态电解质与正负极材料之间的界面性质，以及界面性质对电池性能的影响。
这将有助于我们更好地理解新型固态化锂二次电池的工作原理和性能特点。
五、结论与展望通过本论文的研究，我们将得到一系列性能良好的新型固态化锂二次电池及其相关材料。
锂离子电池研究报告
锂离子电池研究报告锂离子电池是一种新型的二次电池，具有高能量密度、轻量化、环保等特点，在现代电子产品、汽车、航空航天等领域得到广泛应用。
在锂离子电池的研究与开发过程中，主要的研究方向包括电极材料的研究、离子导体的研究、电解液的研究与电池组的设计等方面。
电极材料的研究是锂离子电池研究的重点之一。
现在广泛使用的电极材料是石墨和钴酸锂。
随着电池应用场景越来越广泛，开发出低成本、高能量密度、高循环寿命、高温稳定性等特点的新型电极材料非常必要。
目前，钛酸锂、磷酸铁锂、复合氧化物等材料被认为是具有良好应用前景的电极材料。
离子导体的研究也是锂离子电池研究的关键。
目前广泛使用的离子导体是液态电解液，但会受到安全性和寿命的影响。
固态电解质是一种性能更优越的离子导体，具有热稳定性、氧化稳定性、防漏电性等优点。
实现高性能的固态电解质是锂离子电池研究的挑战所在。
电解液也是锂离子电池研究的重要组成部分。
使用的电解液种类包括有机电解液和无机电解液两种。
其中有机电解液由于其可溶性好、易于加工、离子传导性好等特点，被广泛使用。
但随着研究深入，其在高温、高电压、高电场下的表现都存在问题，因此对新型电解液的研究和开发非常必要。
电池组设计也是锂离子电池研究的一大难点，其目标是实现高能量密度、高功率密度、长循环寿命、安全可靠等特点。
为实现这些特点，需要从电池组的结构、电池模块的平衡、电极材料的匹配等方面进行考虑。
现在的研究主要集中在提高电池组性能稳定性和降低生产成本两方面。
总之，锂离子电池的研究是非常复杂和系统的，需要在多个方面进行全面的考虑和实践。
通过不断的研究和开发，锂离子电池将在未来的电子设备、新能源汽车、航空航天等领域发挥出更加重要的作用。
锂离子电池用电解质锂盐的研究进展
锂离子电池用电解质锂盐的研究进展摘要：近年来，锂离子电池作为一种高性能、可重复充放电的电池系统，在移动电子设备、电动车辆和储能领域得到了广泛应用。
电解质是锂离子电池中起着关键作用的组成部分，其中锂盐作为电解质的核心材料，直接决定了电池的性能和稳定性。
因此，研究改进锂盐在电解质中的配位环境，具有重要意义和应用价值。
本文综述了关于锂离子电池用电解质锂盐的研究进展。
关键词：锂离子电池；电解质锂盐；研究进展随着电动汽车和可再生能源等领域的快速发展，锂离子电池的需求不断增加。
作为锂离子电池的核心组成部分之一，电解质锂盐的研究变得尤为重要。
本文旨在综述近年来锂离子电池用电解质锂盐的研究进展，为相关领域的研究者提供参考和启示。
1电解质锂盐性质分析晶体结构：电解质锂盐的晶体结构对其物理和化学性质具有重要影响。
常见的电解质锂盐晶体结构包括闪石状、纤锂石状、立方状等。
不同的晶体结构会影响离子的迁移能力和盐类的溶解度。
导电性能：电解质锂盐在锂离子电池中扮演着离子导体的角色。
其导电性能直接影响电池的性能和效率。
电解质锂盐应具有足够高的离子迁移率，低电阻和较高的离子传输数。
溶解反应：电解质锂盐的溶解性对电池的循环寿命和性能至关重要。
在锂离子电池运行过程中，电解质锂盐与电极材料发生反应，产生可溶性锂盐。
理解电解质锂盐的溶解反应动力学和稳定性可以帮助提高电池的电化学性能。
熔点：熔点是电解质锂盐的一个关键物理性质。
较低的熔点有助于提高电池的工作温度范围和性能。
常用的锂盐如LiPF6、LiBF4、LiClO4等具有适当的熔点范围[1]。
2锂盐在锂离子电池中的应用2.1锂盐酸盐（LiPF6）锂盐酸盐（LiPF6）作为锂离子电池中的电解质，是锂离子电池中最常用的锂盐之一，并在商业化锂离子电池中得到广泛应用。
它的主要作用是在锂离子电池充放电过程中实现锂离子的传输和导电。
锂盐酸盐具有良好的溶解性和稳定性，因此常溶解在有机溶剂（如碳酸酯和碳酸酯醚）中作为电解质的主要成分。
分析锂离子电池容量衰减的可能原因
分析锂离子电池容量衰减的可能原因
前言
锂离子电池是继镉镍、氢镍电池之后发展最快的二次电池。
它的高能特性让它的未来看起来一片光明。
但是，锂离子电池并不完美，其最大的问题就是它的充放电循环的稳定性。
本文总结并分析了锂离子电池容量衰减的可能原因，包括过充电，电解液分解及自放电。
本质原因
锂离子电池在两个电极间发生嵌入反应时具有不同的嵌入能量，而为了得到电池的最佳性能，两个宿主电极的容量比应该保持一个平衡值。
在锂离子电池中，容量平衡表示成为正极对负极的质量比，
即：γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
上式中C指电极的理论库仑容量，Δx、Δy分别指嵌入负极及正极的锂离子的化学计量数。
从上式可以看出，两极所需要的质量比依赖于两极相应的库仑容量及其各自可逆锂离子的数目。
一般说来，较小的质量比导致负极材料的不完全利用；较大的质量比则可能由于负极被过充电而存在安全隐患。
总之在最优化的质量比处，电池性能最佳。
对于理想的Li-ion电池系统，在其循环周期内容量平衡不发生改变，每次循环中的初始容量为一定值，然而实际情况却复杂得多。
任何能够产生或消耗锂离子或电子的副反应都可能导致电池容量平衡的改变，一旦电池的容量平衡状态发生改变，这种改变就是不可逆的，并且可以通过多次循环进行累积，对电池性能产生严重影响。
在锂离子电池中，除了锂离子脱嵌时发生的氧化还原反应外，还存在着大量的副反应，如电解液分解、活性物质溶解、金属锂沉积等
一、过充电
1、石墨负极的过充反应：
电池在过充时，锂离子容易还原沉积在负极表面：
沉积的锂包覆在负极表面，阻塞了锂的嵌入。
导致放电效率降低和容量损失，原因有：。
第十讲锂离子二次电池
反应； 5. 使用安全无污染、价格低廉。
锂离子电池的电解质溶液
锂离子二次电池的电解溶液一般采用锂盐溶解于有 机溶剂中所构成
目前主要使用的锂盐有：LiClO4、LiAsF6、LiPF6等， 一般将它们溶解于非质子性的有机溶剂中，如碳酸丙烯 酯 （ PC ） 、 碳 酸 乙 烯 酯 （ EC ） 、 乙 二 醇 二 甲 醚 （DME）、碳酸二甲酯（DMC）、四氢呋喃（THF）等， 为了改善性能常采用混合有机溶剂。
锂离子电池的电解质溶液
上述三种大阴离子基团的锂盐，有人认为LiClO4是 强氧化剂，使用不安全不宜用于电池。对LiAsF6虽然性 能颇佳，但有毒且价格较贵更不应使用，LiPF6提纯困难、 价较贵，但被认为是目前较适合的电解质，一般将它溶 解于EC和DMC的混合溶剂中，EC与DMC的配比以3:7或 8:2 时 溶 剂 对 碳 电 极 的 相 容 性 较 好 ， 电 解 质 的 浓 度 为 l mol/L。
锂离子电池结构与电性能
负极： 负极是由95％的碳与5％的PTFE乳液经混
合、合膏、碾压制成薄片，然后再压制到厚度 为0.015mm的铜集电板上，然后经干燥、预处 理等工序而成，所得负极板厚为0.20mm。
锂离子电池结构与电性能
隔膜： 隔膜采用厚度为0.01mm以下的微孔聚丙烯薄
膜或经特殊处理的低密度聚乙烯膜。电解质溶液 可采用l mol/L的LiPF6，溶剂可采用EC+DEC。制 成的电极经卷绕放人外壳中经装封而成。
锂离子电池的正极
在 这 些 嵌 锂 化 合 物 中 ， 以 LixCO2 、 LixNiO2 、 LixMn2O4三种比较适合作锂离子电池的正极活性物质与 LixC6 配 比 。 这 三 种 材 料 都 有 较 高 的 电 极 电 位 ， 其 中 LiCoO2因极化小显示了稳定的放电电压和较高的放电容 量；它被认为是与LixC6配对的最佳材料。但是因为钴的 资源较少，价格昂贵，使其应用受到一定的限制。
对锂离子电池电解液的全方位解析
近年来，现代社会的快速发展呼唤着先进的储能，以满足日益增长的能源供应和发电需求。
作为最有前途的储能系统之一，二次电池受到了广泛关注。
电解液是二次电池的重要组成部分，其成分与二次电池的电化学性能密切相关。
锂离子电池电解液主要由溶剂、添加剂和锂盐组成，在一定条件下，根据特性需要，按特定比例制备。
近日，河北科技大学陈爱兵教授与清华大学教授等从作用机理和失效机理方面分析了锂离子电池液体电解质的优势和目前存在的问题，总结了溶剂、锂盐和添加剂的研究进展，分析了锂离子电池电解质的未来发展趋势和要求，指出了先进锂离子电池电解质发展的新兴机遇。
图1、锂离子电池的应用锂离子电池原理图2、可充电锂离子电池的示意图。
LIBs的故障包括容量衰减、内阻增加、速率性能降低、气体产生、液体泄漏、短路和热失控，这些故障是由电池在使用或储存过程中的一系列复杂的化学和物理相互作用引起的（图3).一些副作用来自于有机电解质在高温下的不稳定性，，这就需要改进溶剂、锂盐和添加剂来延迟失效过程。
锂沉淀等失效现象，将严重影响LIB的性能。
对失效现象的深入分析，有利于提高锂离子电池的性能。
图3、电池热失控的诱因。
锂离子二次电池电解液锂离子二次电池因其高平均工作电压、低自放电率和长循环寿命而受到高度重视。
早期阶段的电池的电解质大多使用水作为溶剂系统。
基于水电解质的锂离子电池由于其安全性、环保性和低成本而引起了越来越多的关注。
水溶剂对各种类型的盐类具有良好的溶剂化性，溶剂化的离子会与水分子形成一个溶剂化的壳结构。
水包盐（WIS）电解质，如使用超浓缩的有机锂（Li）盐，对水性锂离子电池有吸引力。
Pan等人，通过使用定制的单粒子模型分析循环伏安法和电压分布，阐明了锂离子在不同浓度的LiFePO4作为活性电极的水溶液中的热力学和动力学行为。
这些基本认识对高浓度水电解质的开发具有重要价值。
目前，水基锂离子电池的发展仍然面临着许多挑战。
因此，非水电解质系统作为锂离子电池的电解质已经出现。
【文献综述】锂离子电池固态电解质制备及性能研究
文献综述化学锂离子电池固态电解质制备及性能研究锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、功率密度高、循环寿命长、自放电率低、可快速充放电、无记忆效应、绿色环保无污染等绝对优点，是当今国际公认的理想化学电源，广泛应用于电子产品、交通工具、军事领域和储能方面[1-3]。
目前国内外锂离子二次电池大部分采用的是液态电解质，在生产使用过程中常常遇到一些问题：电解液生产过程中对水分要求十分严格，在电池生产装配过程中对空气湿度也有十分苛刻的要求[4]；液态有机电解质可能泄露，部分电解质还对集流体有腐蚀作用，极大限制了锂离子电池向薄层化、小型化的发展趋势；在过高的温度下发生爆炸从而造成安全事故，无法应用在一些对安全性要求高的场合；此外，液态电解质锂离子电池普遍存在循环容量衰减问题，使用一段时间后由于电极活性物质在电解质中的溶解、反应而部分失效。
而全固态电池安全性高、基本没有循环容量衰减，固体电解质还起到了隔膜的作用，简化了电池的结构，可以向薄层化和小型化发展；此外，由于无需隔绝空气，也简化了生产过程中对设备的要求，电池的外形设计也更加方便、灵活[1-2, 5]。
全固态锂离子电池分两种[2, 6-10]，一种是使用聚合物凝胶电解质；另一种是采用无机固态电解质。
聚合物锂离子电解质体系已开展的研究众多，按聚合物主体来分，主要有以下几类：聚醚系（主要为聚氧化乙烯，PEO）、聚丙烯腈（PAN）系、聚甲基丙烯酸酯（PMMA）系、聚偏氟乙烯（PVDF）系和其他类型。
尽管聚合物电解质的发展和应用，可以明显克服液态锂离子电池的一些缺点，避免电解液漏液，容易薄层化和小型化，但是仍存在一些问题亟待解决：比如常温下电导率偏低，与电极相容性差，机械强度仍有待提高。
此外，聚合物电解质制备工艺复杂、原料价格高导致聚合物电解质价格昂贵。
聚合物电解质可通过共聚、交联、形成微孔体系、纳米复合、添加增塑剂等来进行性能改进。
未来聚合物电解质的可能朝着两个方向发展：a)交联短链形成网状凝胶结构，增加导电性；b)添加粉末陶瓷，形成有机-无机复合结构，增加机械强度[2, 9-10]。
锂离子电池聚合物电解质的合成及性能研究
材料和方法
实验中所使用的材料包括聚合物载体、锂盐、添加剂等。这些材料的选择对 于最终制备的聚合物电解质性能有着重要影响。制备过程中所使用的设备包括搅 拌器、烘箱、压膜机、电导率计等。
制备聚合物电解质
首先，将聚合物载体与锂盐按照一定的配比混合，并加入适量的溶剂和添加 剂。然后，将混合物搅拌均匀，加热至一定温度，使溶剂充分挥发。最后，将混 合物冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥等步骤，得到最终的聚合物电解质。
研究方法
本次演示采用乳液聚合方法制备聚合物电解质，通过调节单体浓度、引发剂 种类和浓度、乳化剂种类和浓度等参数，优化制备工艺。采用扫描电子显微镜、 万能材料试验机、电化学工作站等手段对聚合物电解质的形貌、机械性能、电化 学性能进行表征。
实验结果与分析
通过优化制备工艺，得到了具有良好物理性能的聚合物电解质。结果表明， 该聚合物电解质具有较高的离子电导率（可达10^-3 S/cm以上），优良的机械性 能（拉伸强度在50 MPa以上，断裂伸长率在100%以上）和化学稳定性。与液态电 解质相比，该聚合物电解质具有更高的安全性和可塑性，有望提高锂离子电池的 安全性能和稳定性。
此外，我们还发现聚合物电解质的合成工艺对性能有很大影响。例如，缩合 反应中温度和时间的控制对产品的质量和性能至关重要；环化反应中原料的纯度 和反应条件对产品的结构和性能影响显著；交联反应中交联剂的类型和用量对产 品的网络结构和性能具有重要影响。
结论
本次演示对锂离子电池聚合物电解质的合成及性能进行了研究。通过比较不 同合成方法的优缺点，探讨了合成工艺对性能的影响。同时，介绍了测试锂离子 电池聚合物电解素质的方法，并对测试结果进行了分析讨论。结果表明，不同合 成方法得到的聚合物电解质具有各自独特的性能优势，在实际应用中应根据具体 需求进行选择。
锂离子二次电池电解质锂盐的研究进展及其发展前景
第 ０ ６年 ３月 ２ Ｏ卷第 ２ 期 ２０
天 津
化
工
Ｔａｊ ｈ ｍ ｃｌｎ ｕｔ ｉ ｉ Ｃ ｅ ｉａＩｄ ｓｙ ｎｎ ｒ
Ｖ ｌ ＯＮ ． ０｜ ｏ２ ２ Ｍａ ．０ ６ ｒ ｏ ２
・
专论与综述 ・
锂 离子二次 电池 电解质锂盐 的 研 究进展及其发展前景
有机磷酸锂盐合成和性能 的研究都较少 ， 中性 能 其 较好的有 Ｌ Ｆ（ ， ｉ Ｆ） 该类锂盐 的阴离子为含氟烷 Ｐ ｃ
基及氟与磷形成六配位 的络合物 ， 具有更高的电导 率， 又磷原子在氟烷基大分子的保护下使其具有较
好的抗氧化分解性能。另外 ， 含氟烷基磺酸锂盐 、 羧
酸锂盐 、 烷基锂盐 等类 型 ， 这些锂盐作 为理论研究 得较多， 实际应用于锂离子电池电解质的不多 １ 。
化膜 ， 具有 良好 的阳极性能 ， 但是在锂离子 电池正
常使用电位时 ， 对铝电极表面钝化很差 ， 易腐蚀铝 ， 因此这类锂盐不能用 于以铝作 阴极集流器 的锂 离
子电池 ； 有机硼酸锂盐都含有较 大的阴离子 ， 表现 出较大的溶解性及较高的电化学稳定性 ； 目前关 于
前研究与开发的焦点 。
毕成 良， 郭爱红 ， 芳 ， 陈 张宝贵 （ 南开大学环境科 学与工程学院， 天津 ３０ ７ ） ００ １
摘 要： 从作为锂 离子二次 电池 电解质的导 电锂 盐的分类 、 组成 、 结构和性能等方 面进行分析 ， 通过 比较存
在 的差异 ， 阐述 了它们 的优缺点及其在锂 离子 电池 中的应用与研 究进展 。最后展 望了锂 离子二 次电池电
Ｃ Ｆ Ｓ ， ， ｎ知 ＯＬ 铝酸 盐 如 Ｕ，１Ｃ ＯＣ 、 ｉ Ａ （ Ｓ ，１ 亚胺 锂 如 ）
锂离子电池的电化学反应机制研究
锂离子电池的电化学反应机制研究锂离子电池是一种高涵盖率、高能量密度、长循环寿命的二次电池。
它广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等领域。
电池的工作原理是基于离子实现自由移动并在电极之间交换电荷的原理。
最近几十年来，锂离子电池的科学研究获得了广泛的关注。
目前，它已成为一种充电便捷、能量密度高、效率高的二次电池。
电化学反应机制锂离子电池的电化学反应机制是由两个电极和电解液构成的。
电解液有机溶液中含有的锂离子、阴离子和低聚物。
在电化学反应中，正极的电极材料通常是锂离子的氧化剂。
而负极的电极材料通常是锂离子的还原剂。
在充电过程中，电池将电压推向正极，让锂离子离开负极并进入电解质。
同时，正极会受到电压，并开始释放锂离子将其传输回负极。
在放电过程中，电池会掉电，并反转锂离子的流动。
锂离子从正极离开，进入负极，这次是由于负极的材料被氧化，导致它对锂离子有更高的吸引力。
锂离子电池的电化学反应机制非常复杂。
它涉及多个物理、化学和电化学事件，涉及多步反应过程，需要通过物理、化学和电学的多元分析来进行解码。
石墨负极反应机理在锂离子电池中，碳材料通常是石墨。
电化学反应机理中，石墨是电极材料，负责储存离子，同时从电解质中提取离子。
锂离子从电极进入电解质时，其进入的位置在石墨表面。
如果在石墨表面处有足够的电子，则锂离子进入石墨会导致它们与碳材料之间的化学反应。
这个反应容易发生，因为石墨表面容易形成硅酸盐，因此它比其他负极材料更加消耗容易反应的锂离子。
正极反应机理在锂离子电池中，正极通常是由过渡金属氧化物或磷酸铁锂材料构成的。
这些氧化物的特殊结构具有在锂离子化学反应中嵌入或从中释放锂离子的特殊性质。
从整体上看，锂离子进入正极后，它们实际上被吸收到正极的内部结构中。
这种吸收机制通常被称为插入机制。
当插入机制发生时，锂离子固定在正极材料的晶格中，从而形成可以嵌入和释放锂离子的固体结构。
除了插入机制外，正极反应机理还涉及表面化学反应。
锂离子二次电池电解质研究进展
其良好 的溶解性 和高的电导率 以及高 的阳极稳定
性， 曾是较受 欢迎 的 电解 质 ， Ｌ ｉ Ｃ ｌ Ｏ 的 阴离 子 由于氧 化性 太强 ， 安全 性 差 ， ２ ０世 纪 ７ Ｏ年 代 ， 已经 认 识 到
其作为电解质用于工业 目的是不实际的 ， 但 由于其 易 于操 作 以及价 格便 宜 ， 到 目前 为 止还 经 常 用 于各
目前 研 究 的 无 机 阴 离 子 导 电 锂 盐 主 要 有 ：
Ｌ ｉ Ａ ｓ Ｆ ６ 、 Ｌ ｉ Ｐ Ｆ ６ 、 Ｌ ｉ Ｂ Ｆ ４ 、 Ｌ ｉ Ａ １ Ｃ １ ４ 、 Ｌ ｉ Ｃ Ｉ Ｏ ４ 等几种 ， 其电化
学 稳定 性顺序 为 ： Ｌ ｉ Ｃ Ｉ Ｏ ４ ＞Ｌ ｉ Ｐ Ｆ ６＞Ｌ ｉ Ａ ｓ Ｆ ６＞Ｌ ｉ Ｂ Ｆ ４＞
１ 锂 离子二次 电池 电解质锂盐分类
１ ． １ 无机 电解 质锂 盐
Ｄ ＭＣ （ １ ： ２ ， ｖ ／ ｖ ） 溶液 中电 导率 达 到 ４ ． ４ ｍ Ｓ・ ｃ ｍ～， 内阻小 ， 可 以实 现 快 速 充 放 电 ； １ ． ２ ｍｏ ｌ ／ Ｌ Ｌ ｉ Ｐ Ｆ ／ （ Ｅ Ｃ＋ Ｄ ＭＣ） 是 目前 认 为较 佳 的 电解 液 ； 另外 ， 有 报道 六氟磷 酸锂 对 Ａ ｌ 也 有一 定 的腐蚀 性 。 目前 我
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２ ０ １ ３年第 １ 期
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锂 离子二次 电池 电解质研究进展
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锂离子二次电池及其电解质的研究摘要介绍了锂离子二次电池的发展以及与其它二次电池性能的比较，并对影响锂离子二次电池性能的几个问题作了阐述。
着重论述了锂离子二次电池的电解质及其导电性能，以及制备六氟磷酸锂的方法。
随着微电子技术的进步和大量问世的可移动电子设备的发展，如手机、摄像机以及近年来出现的电动汽车等，都要求有高能量、体积小、性能可靠的电源做动力，特别是对比能量在100～150Wh/kg(能量密度在250～300Wh/L> 的电池的需要越来越迫切，这种需求为二次锂电池的研制开发提供了切实的动力。
如果说七十年代末二次锂电池仅是实验室的产物，那么短短二十年间，以金属锂为负极的电池得到了迅速发展。
从用于计算机存储保护的Li/MnO2电池的商品化〔1－5〕以及有军事和民用潜力的2～100Ah的大型锂电池的成膜及测试技术的发展〔6－8〕，到Sony〔9〕、Moly 〔10〕、Bellcore〔11〕相继研制推出的以碳插入化合物为负极，以LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 为正极的锂离子二次电池和对电导率接近液体电解质的固体电解质的研制开发，二次锂电池的各个技术环节都有了长足的进展。
预计到本世纪末，锂离子电池将与Ni/Cd、Ni/MeH电池形成三足鼎立的局面。
目前，世界各国政府都投入大量的人力、物力，投身到这场技术竞争中。
八十年代发展起来的二次锂电池是一类以金属锂为负极<阳极），以适合于Li+迁移的锂盐溶液为电解质，以具有通道结构，Li+可以方便地嵌入、脱出，但嵌入、脱出过程中结构变化小的材料为正极<阴极）的新型电池体系。
由于负极金属锂电位极低<相对于氢电极为－3．3V），且原子量小，因而从每克锂中可以获得大量的电子容量<3862mAh/g 或13907C/g）。
这样可使二次锂电池具有高的工作电压和高的比能量。
加之锂负极制作简单，工作温度范围较宽<－40℃－70℃），这些都使二次锂电池具有突出的优势，符合国际电池市场向小型、轻量、高比能方向发展的趋势，使之从问世之日起就成为科技热点。
二次锂电池虽然具有高能、自放电等诸多优点，但上市的产品却并不多，原因在于电池的寿命短，库仑效率低，更为突出的是安全问题。
究其原因则是锂的活性太高所致，并且金属锂负极的循环能力限制了电池寿命只有200～300次充放电循环能力。
为了解决安全问题，前人进行了许多代用负极<阳极）的研究，如选用Li-Al、Li-Cd-Pb、Li-Sn-Cd、Li-Al-Mn等含Bi、Pb、Cd、Sn的合金或Li/Li3N、LixPb/聚对苯二胺复合负极及嵌入型化合物。
合金电极如β-LiAl可抑制枝状晶的形成，使再充电能力提高，但充放电过程中锂的增减造成相变，使合金体积变化明显，机械稳定性变差；另由于电化学因素使电池电压下降，且电极中的锂被铝部分取代，容量减小，较大的牺牲了能量密度，失去了二次锂电池的突出优势。
真正既克服了安全问题又保持了锂电池高电压、高比能的优势，则是锂离子二次电池的出现。
1990年2月，Sony 公司开发了正负极都用嵌入化合物的新电池，充、放电时，Li+在两电极间嵌入、脱嵌往复运动。
因不用金属锂，体系稳定，循环寿命达1200次；能量密度高，为Ni/Cd 电池<115Wh/kg ）的2倍，Ni/MeH电池<175Wh/kg）的1．5倍，工作电压为3．6V，是Ni/Cd、Ni/MeH电池的3倍，自放电率与Ni/Cd电池相当，充电快。
工作性能见表1表1Sony Li+离子电池工作性能表规格重量电压容量能量密度比能量寿命自放率工作温度D型122g 3.6V 14.0Wh 253Wh/L 115Wh/kg 1200<深放）12%每月-20～60℃Sony Li+离子电池工作时的电压、电流与时间的关系见图1，电压与绝对电流时间的关系见图2 图1Sony Li+离子电池工作时的电压、电流与时间的曲线图2Sony Li+离子电池工作时的电压与电流*时间的曲线Sony电池的优异性能以及锂离子二次电池的出现，重新唤起了人们的研究兴致，并成为九十年代以致二1 / 7十一世纪的科研热点。
1锂离子二次电池的发展锂离子二次电池的正负极都是插入化合物，以LiyMnYm表示负极材料，LizAvBw表示正极材料，则反应式可表示为：负极：LiyMnYm+xLi++xe-=Lix+yMnYm正极：LizAvBw=Liz-xAvBw+xLi++xe-总反应LiyMnYm+LizAvBw=Lix+yMnYm+Liz-xAvBw锂离子二次电池反应的实质为一个Li+浓差电池：充电时，Li+从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。
为保持电荷的平衡，充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递，与Li+一起在正负极间迁移、使正负极发生氧化还原反应，保持一定的电位。
工作电位与构成电极的插入化合物的化学性质、Li+的浓度有关。
这种充、放电过程似一把摇椅，故锂离子二次电池又称摇椅电池<Rocking Chair Batteries,简称为RCB）。
基于其实质为浓差电池，日本工业称之为Shuttlecock电池[19]，而欧洲工业称之为Swing Batteries。
电池的最大应用能可简单地认为是反应的自由能变，即△G，由此可知高的电池应用能取决于电池材料的选择，在滑能量损失的理想状态下，电池的电位可按下式计算：E=(μLi负极-μLi正极）／F<1）式中，μLii代表在电极表面金属锂的化学势；F为法科第常数，96500C/mol。
从可得到的最大电池电势来讲，当金属锂作为负极时，μLi＝0V，是最好的电极<负极）电势，但在锂离子电池中，通过用一种基质材料<例如石墨）可使μLi为负值。
在基质中锂呈活性，并且接近于金属锂的活性，例如对化合物LiYC6，当0．1<Y<1时，相对于金属锂的电极电位不高于0．25V。
另一方面，由于我们需要一高氧化性的基质作正极以期得到一个较大的μLi<负值），例如以氧化镍锂为例，LiYNiO2，当0<Y<1时，相对于金属锂其电极电位在4．2至3．5V 之间变化。
由上可知，通过选择合适的基质材料，在放电结束时可得到大约3V的最小电池电位。
锂离子二次电池突出的成功之处是正负极都采用了Li+插入化合物，克服了困扰二次锂电池的安全问题。
1980年，Armand首先提出了RCB的概念。
他设计的电池为LiWO2(or Li6Fe2O3>/LiClO4+PC/TiS2(or WO3,NbS2>，电池的开路电压高，充放电效率高，寿命长，但比容量低，Li+在正、负极的扩散慢，没能走入市场。
其后又有Semkov、Anbom、Slane 等人基于RCB原理采用不同结构的化合物，设计出新的电池体系，但在容量及比能量方面都不尽人意，这使得RCB电池电极的选择与电解质的搭配成为突出的问题。
锂离子二次电池的电极材料应具有以下特点：<1）为了获得大的输出电压和高的比能量，正、负极材料应具有较大的电化学位差。
<2）Li+在材料中应有大的可逆插入量，且电极电位对插入量的依赖性小，即材料有较宽而稳定的工作平台，以保证有稳定的输出电压。
<3）具有较大的Li+扩散系数，以提高电池的充放电工作电流。
<4）材料的结构稳定，Li+有好的脱、插可逆性，以提高充、放电的库仑效率，使电极有较长的使用寿命。
<5）电极制备工艺简单，降低电池成本。
锂离子二次电池很好地克服了威胁二次锂电池的安全问题，提高了库仑效率，延长了使用寿命，这是与Li+在碳材料中插入的电化学行为密切相关的。
Moly 公司以1mol/L的LiAsF6/PC+EC和LiAsF6/PC为电解质，研究了Li/石墨、Li/ 石油焦的电化学行为，指出在首次放电中，碳电极电位接受1．2V时，可能出现反应：2Li++2e-+PC/EC→丙烯(g>/乙烯(g>+Li2CO3(s>反应不仅产生气体，也在碳电极上生成Li2CO3钝化膜或称为电子绝缘膜即SEI膜(Solid Electrolyte Interphase>。
由于正极上电解质的分解量与碳电极的比表面积成正比，故当碳电极全部被SEI膜2 / 7覆盖以后，电解质的分解反应则结束。
在首次充电时，电解质的溶剂分子与Li+一起嵌入碳结构，并发生电化学分解，故其第一次充电容量大于其放电容量。
在几次循环后，电池的库仑效率接近于100％，碳材表现出很好的可逆性，并且电池在深度放电到0V以后，经充电又可以恢复，一般情况下不存在短路问题。
与其它二次电池相比，锂离子二次电池的性能指标占有绝对优势<如表2所示），其能量密度大于300Wh/L，比能量达110～120Wh/kg，分别是Ni/Cd、Ni/MeH电池的2．5和1．5倍，且寿命长<大于1200次充、放电），安全性好，自放电小，可实现快速充放电，也可做成大容量的电池组。
锂离子二次电池与Ni/MeH、Ni/Cd电池的不同之处是无记忆效应，因而锂离子二次电池被认为是最终取代二次锂电池的新一代最具竞争力的电池。
作为一种高新技术，锂离子二次电池尽管目前还处于开发阶段，但改进电池性能的研究工作正在积极地、大规模地进行着，电池的第一部分：电极材料、电解质、添加剂及电池结构与工艺，都处于快速改进阶段。
这项技术的最大着眼点始终是高能、安全、低成本和低污染，以至有人称其为“绿色环保能源”。
表2锂离子电池与其它二次电池性能比较性能阶段Li-Ion Ni/Cd Ni/MeH电池能量密度(Wh/L> 现在240～260 134～155 190～197将来400 240 280比能量(Wh/kg> 现在100～114 49～60 59～70将来150 70 80平均电压<V） 3.6 1.2 1.2电压范围<V） 4.2～3.5 1.4～1.0 1.4～1.0使用寿命<次）现在500～1200 500 500将来1500 1000 1000优点高电压，高比能，自放电小，污染小高功率，快充，成本低高功率，高比能，污染小缺点成本高记忆效应，Cd污染成本高，自放电大2改进锂离子二次电池性能的几个问题2．1提高电池容量对于Li+插入化合物LixMe，理论电容量可按下试计算：C=xF/3.6M(mAh/g>(2>式中：F为法拉第常数；M为活性物质MnYm的化学式量。
对负极LixC6，当x=1时，理论容量为372mAh/g,较之以锂为负极时低50％，但RCB的安全性及快充特性弥补了这一不足。