锂离子电池1-原理及概述

1.5 锂离子电池化学原理
1. 锂离子电池充放电过程中发生地反应是嵌入反应 2. 嵌入反应：是指客体粒子（离子、原子、或分子）嵌入主 体晶格，而主体晶格基本不变，生成非化学计量化合物的 反应过程。 反应式为：
3. 嵌入反应特点：
• 一般可逆，生成的嵌入化合物在化学、电子、光学、磁学等性 能方面与原嵌基材料有较大不同。 • 反应被认为是局部规整的，因为骨架在嵌入和脱嵌入过程中， 主体仅发生微小的结构重组，对结构和组成来说都保持着完整 性
锂离子电池充放电反应示意图
正极反应：LiMO2 负极反应：nC+xLi++xe 电池反应：LiMO2+ nC
式中：M=Co，Ni，Fe，W等，
Li1-xMO2+xLi++xe LixCn Li1-xMO2+ LixCn
正极化合物有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFeO2，LiWO2等， 负极化合物LixC6，TiS2，WO3、V2O5等。 对锰酸锂电池：
负极活性物质:
一般采用锂-碳层间化合物LixC6（常用碳材料有石油 焦和石墨等），或Sn、Si及其合金化合物等。
电解质溶液：
常采用溶解有锂盐LiPF6，LiAsF6等的有机溶液。
锂离子电池的构成
常见锂离子电池结构
锂离子电池主要构成： 正极、负极、隔膜、电解液、外壳以及各种绝缘、安全装置
1 锂离子电池概述及电池化学原理
全固态锂二次电池 锂离子电池 电解质 液体锂离子电池 凝胶聚合物锂离子电池 全固态锂离子电池
3、根据正极材料的不同
锂/聚合物二次电池 锂/FeS2二次电池
• 锂离子电池命名方法
一般由英文字母和阿拉伯数字组成：
1. 锂离子电池概述及电池化学原理
1.1 发展简史 1.2 锂离子电池构成 1.3 锂离子性能特点 1.4 分类与命名方法 1.5 化学原理
1.1 发展简史 1.2 锂离子电池构成 1.3 锂离子性能特点 1.4 分类与命名方法 1.5 化学原理
◆ 最早始于20世纪60~70年代的石油危机，当时主要集中在以金 属锂及其合金为负极的锂二次电池体系。； ◆ 1958年Harris提出采用有机电解质为锂一次电池的电解质； ◆ 1980年Goodenough等提出了LiCoO2作为锂充电电池正极材料； ◆ 80年代初期，针对锂金属电池易形成钝化膜和 枝晶锂两大缺点， 主要途径为用高聚物固体电解质代替液体电解质，M.Armand 提出以嵌入化合物(Intercalation Compounds, 简称IC)代替锂金 属的摇椅式可充电池(Rocking-chair rechargeable battery)； ◆ 1985年发现碳材料可以作为锂充电电池的负极材料； ◆ 1990年采用石墨结构的碳材料为正极和LiCoO2为负极的锂离子 电池诞生；（氧化钴锂-石墨充电电池；） ◆ 1991年：日本索尼公司开发了聚糠醇热解炭为负极，的锂离子 电池，推出了以可“嵌锂”的炭材料作为电池负极的 “锂离子 二次电池”，主要技术特点是正负极均采用嵌入化合物 。
充电 Li1 y x M 2O4 xLi xe 正极反应： Li1 y M 2O4 放电
充电 Li Mn O nC 电池反应： 1 y 2 4 Li1 y xM 2O4 Li xC n 放电
• 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负极由两种 不同的锂离子嵌入化合物组成.
4. 成流反应
Li(C) │含锂盐的有机溶质│ 嵌Li的化合物
(－)Cn│LiPF6-EC+DEC│LiMO2(+) EC——碳酸乙烯酯 DEC——二乙基碳酸酯
正极反应：
充电 Li1 x MO2 xLi xe LiMO2 放电
充电 LixCn nC xLi xe 放电
锂离子电池与其它二次电池性能比较
1. 锂离子电池概述及电池化学原理
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1.4 分类与命名方法
• 锂离子电池分类
1、根据温度
高温锂二次电池
常温锂二次电池 液体锂二次电池
2、根据电解质的状态
凝胶锂二次电池
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锂离子性能特点




工作电压高: 一般平均大于3.6V，是镉镍和氢镍电池的3 倍 体积小，质量轻； 比能量高，可达120～250Wh/kg、300Wh/dm-3 无记忆效应； 自放电小: 正常存放情况下，月自放电小于10% 循环寿命长：达800次以上（100%DOD) 充放电安时效率高：一般大于99% 工作温度宽 对环境友好---绿色电池
充电 LiMO2 nC Li1 x MO2 LixCn 放电
负极反应：
电池反应：
锂 离 子 电 池 的 原 理
充电时，正极中的锂离子从 晶格中脱嵌，经过电解质到 达负极Leabharlann Baidu面并嵌入到石墨层 间。放电时，过程恰恰相反；
Rocking-Chair
在充放电过程中，锂离子往 复于正负极之间，所以被形 象的称为“摇椅式”电池；
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1.2 锂离子电池构成
• 锂离子电池
是指以Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。
正极活性物质:
采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4等
• 锂离子电池工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物和锂 离子浓度有关,通过波恩-哈伯循环可以推算锂离子电压.
下一节课
锂离子电池正极材料
锂离子电池
(一. 原理及概述) 主讲 吴伯荣
电话: 68912528 email: wu_borong@sina.com
目录
1 .锂离子电池概述及电池化学原理 2. 锂离子电池正极材料 3.锂离子电池负极材料
4.锂离子电池电解液及隔膜
5.锂离子电池的结构和制造工艺
6.锂离子电池性能及应用前景
1. 锂离子电池概述及电池化学原理