锂离子电池
常见的锂离子电池的类型
常见的锂离子电池的类型锂离子电池是目前最常见的电池类型之一，广泛应用于各个领域。
本文将介绍几种常见的锂离子电池类型及其特点。
一、锂离子聚合物电池（Li-polymer）锂离子聚合物电池是一种采用聚合物电解质的锂离子电池。
相比传统的液态电解质电池，聚合物电池具有更高的能量密度、更低的自放电率和更长的寿命。
聚合物电解质可以采用柔性薄膜形式，使得电池可以制成各种形状和尺寸，适用于各种电子设备。
二、锂离子磷酸铁锂电池（LiFePO4）锂离子磷酸铁锂电池是一种采用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
相比传统的锂离子电池，磷酸铁锂电池具有更高的安全性、更长的循环寿命和更好的高温性能。
它被广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。
三、锂离子三元材料电池（NMC）锂离子三元材料电池是一种采用锂镍锰钴酸作为正极材料的锂离子电池。
三元材料电池具有较高的能量密度、较长的寿命和较好的安全性能。
它被广泛应用于电动工具、电子设备等领域。
四、锂离子钴酸锂电池（LiCoO2）锂离子钴酸锂电池是一种采用钴酸锂作为正极材料的锂离子电池。
它具有较高的能量密度和较好的放电性能，但钴金属的成本较高。
锂离子钴酸锂电池广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备。
五、锂离子锰酸锂电池（LiMn2O4）锂离子锰酸锂电池是一种采用锰酸锂作为正极材料的锂离子电池。
它具有较高的放电性能和较低的成本，但循环寿命相对较短。
锂离子锰酸锂电池主要应用于低功率设备、电动自行车等领域。
六、锂离子硫化物电池（Li-S）锂离子硫化物电池是一种采用硫化物作为正极材料的锂离子电池。
它具有较高的能量密度和较低的成本，但硫化物正极材料在循环过程中会发生体积变化，导致电池寿命下降。
锂离子硫化物电池被认为是下一代锂离子电池的候选技术，具有很大的发展潜力。
总结起来，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低等优点，因此被广泛应用于各个领域。
不同类型的锂离子电池在正极材料、电解液、电池结构等方面存在差异，适用于不同的应用场景。
《锂离子电池》课件
安全性能与环境影响
安全性能
锂离子电池的安全性能是其应用领域的重要考量因素。由于锂离子电池内部存在 可燃物质，不当使用或过充过放可能导致电池起火或爆炸。因此，提高锂离子电 池的安全性能是技术发展的重要方向。
环境影响
锂离子电池在使用和处理过程中可能对环境产生一定影响。主要包括废旧电池处 理问题、电解液泄漏和重金属元素释放等。因此，发展环保型的锂离子电池技术 也是当前的重要研究方向。
能量密度与功率密度
能量密度
锂离子电池的能量密度是指单位体积或质量所存储的电能，是衡量电池储能能 力的重要指标。提高能量密度是锂离子电池技术发展的重要方向。
功率密度
锂离子电池的功率密度是指单位体积或质量所输出的电能，是衡量电池快速充 放电能力的重要指标。提高功率密度有助于提升电动汽车等设备的加速性能和 响应速度。
为锂离子电池产业提供更广阔的发展空间。
06
锂离子电池的挑战与解决 方案
锂离子电池的安全问题与解决方案
总结词
锂离子电池的安全问题是当前面临的重要挑 战，包括过热、过充、短路等情况下的安全 隐患。
详细描述
为了解决锂离子电池的安全问题，需要采取 一系列措施，如改进电池设计、提高电池管 理系统智能化水平、加强生产工艺控制等。 此外，研发新型安全材料也是重要的研究方
工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液和 隔膜迁移到负极并嵌入；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜迁移到正极并嵌入，同时电子通过外电 路传递形成电流。
锂离子电池的种类
01
02
03
根据正极材料
钴酸锂、磷酸铁锂、三元 材料等。
根据用途
锂离子电池简介
锂离子电池简介2017-021.锂离子电池原理充电的时候，在外加电场的影响下，正极材料LiCoO2中的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子（Li+），在电场力的作用下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发生化学反应，生成LiC6，于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。
从正极跑出来转移到负极的锂离子越多，电池可以存储的能量就越多。
放电的时候刚好相反，内部电场转向，锂离子（Li+）从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，重新变成钴酸锂分子（LiCoO2）。
从负极跑出来转移到正极的锂离子越多，这个电池可以释放的能量就越多。
在每一次充放电循环过程中，锂离子（Li+）充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，这就是“锂离子电池”的基本原理。
由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。
2.锂离子电池构成锂离子电池内部需要包含几种基本材料：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。
正负极需要活性物质，是为了更容易参与化学反应，从而实现能量转换。
正负极材料不但要活泼，还需要具有非常稳定的结构，才能实现有序的、可控的化学反应。
一般选用锂的金属氧化物，如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料。
负极通常选择石墨或其他碳材料做活性物质。
电解质是锂离子传导的介质，要求锂离子电导率要高，电子电导率要小（绝缘），化学稳定性要好，热稳定性要好，电位窗口要宽。
人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。
有机溶剂有PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC （碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等材料。
电解质锂盐有LiPF6，LiBF4等材料。
锂离子电池
锂离子电池容易与下面两种电池混淆 （1）锂电池：以金属锂为负极。 （2）锂离子电池：使用非水液态有机电解质。 （3）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝胶化液态有机溶剂，或者直接用全固态电解质。锂离子电池一般以石 墨类碳材料为负极。
发展过程
1970年，埃克森的ingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂电池的正极 材料是二氧化锰或氯化亚砜，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。锂离子电池（Li-ion Batteries）是锂电池发展而来。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。这种电池也可以充电， 但循环性能不好，在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充 电的。
工作原理
作用机理
锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。 锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱 嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱 嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被 形象地称为“摇椅电池”。
《锂离子电池》课件
能量密度
表示电池每单位重量或体积所能储存的能量，单位为瓦时每千克（Wh/kg）或瓦 时每升（Wh/L）。
电池的循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在特定充放电条件下能够维持 性能参数的时间，通常以充放电循环 次数来表示。
自放电率
通过掺杂金属离子或进行表面改性 ，可以改善正极材料的电化学性能 和循环稳定性。
负极材料的制备
负极材料的选择
常用的负极材料包括石墨、硅基材料 、钛酸锂等，选择合适的负极材料对 电池性能至关重要。
表面处理与改性
通过表面涂覆、化学处理、物理气相 沉积等方法对负极材料进行改性，以 提高其电化学性能和循环稳定性。
装配工艺流程
电池的装配工艺流程包括正负极片的切割、涂布、碾压、制片、装 配等环节，每个环节都需要严格的质量控制和工艺参数的优化。
电池的性能测试
电池装配完成后需要进行性能测试，如电化学性能测试、安全性能测 试等，以确保电池的质量和可靠性。
04 锂离子电池的性能参数与 测试
电池的容量与能量密度
电池容量
合成方法
负极材料的合成方法与正极类似，也 有多种方法可供选择，如固相法、化 学气相沉积法、电化学沉积法等。
电解液的制备
电解液的组成
锂离子电池电解液主要由 有机溶剂、锂盐和其他添 加剂组成。
电解液的制备方法
电解液的制备方法包括直 接混合法、共沸精馏法、 离子交换法等。
电解液的性能要求
电解液需要具有良好的离 子导电性、化学稳定性、 电化学稳定性以及安全性 等。
表示电池在不使用情况下，电量自行 减少的速度，通常以每月电量减少的 百分比来表示。
《锂离子电池介绍》课件
02
锂离子电池的组成
正极材料
01
02
03
04
作用
正极材料是锂离子电池的重要 组成部分，主要负责存储和释
放能量。
常见种类
包括三元材料、钴酸锂、磷酸 铁锂等。
特点
具有较高的能量密度、循环寿 命长、自放电率低等特点。
应用
广泛应用于电动汽车、混合动 力汽车、手机、笔记本电脑等
领域。
负极材料
作用
负极材料是锂离子电池 的另一个重要组成部分 ，主要负责存储锂离子
VS
详细描述
电池组装通常在洁净的环境中进行，以确 保产品质量。组装过程包括将正负极片叠 放在一起，中间夹上隔膜，然后注入电解 液。最后，通过封装形成完整的电池。电 池的封装形式有多种，如圆柱形、扁平型 和棱柱形等。
电池测试
总结词
电池测试是确保电池性能和质量的重要环节 ，包括电性能测试、安全性能测试和循环寿 命测试等。
电极制备
总结词
电极制备是将正负极材料涂布在金属箔上，形成集流体和活 性物质的结构。
详细描述
电极制备过程中，首先将正负极材料与粘结剂混合，制成浆 料。然后，将浆料涂布在金属箔上，经过干燥和碾压，形成 电极片。电极片的质量直接影响电池的电化学性能和生产成 本。
电池组装
总结词
电池组装是将正负极片、隔膜和电解液 等组件组装在一起，形成完整的电池结 构。
回收与环保问题
总结词
锂离子电池回收和环保问题亟待解决
详细描述
锂离子电池中含有有毒有害物质，如钴、镍 等重金属和有机溶剂等。这些物质对环境和 人体健康造成潜在威胁。同时，锂离子电池 回收技术尚不成熟，回收率较低，也给环保
带来压力。
锂离子电池简介
1.锂离子电池哪一年商业化？锂离子电池首次由日本Sony公司在1990年研制成功并实现商业化。
2.锂离子电池工作原理。
以炭为负极，钴酸锂（LiCoO2）为正极为例。
充电过程中，锂离子从正极脱出，释放一个电子，三价钴氧化成四价钴，锂离子通过电解质嵌入负极，维持电荷平衡；放电过程中，电子从负极流经外部电路到达正极，在电池内部，锂离子通过电解液嵌入到正极，正极得到外电路一个电子，四价钴还原成三价钴。
3.锂离子电池的组成。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外包装组成。
其中，正极、负极、隔膜和电解液是锂离子电池的四大主材。
4.锂离子电池正极材料的作用。
锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应，还要作为锂离子源。
5.锂离子电池正极材料应该满足哪些条件？①比容量大，这就要求正极材料具有低的相对分子质量，且其宿主结构中能插入大量锂离子；②工作电压高，这就要求体系放电反应的吉布斯自由能负值要大；③高倍率下的充放电性能好，这就要求锂离子在正极材料内部和表面的扩散速率大；④循环寿命长，这就要求锂离子脱出和嵌入正极材料的过程中，正极材料的结构变化要尽可能小；⑤安全性好，这就要求材料具有较高的化学稳定性和热稳定性；⑥容易制备，对环境友好，价格便宜。
6.锂离子电池正极材料有哪些？锂离子电池正极材料一般为含锂的过渡金属氧化物或聚阴离子化合物，包括LiCoO2、LiMnO2、LiFeO4及其相关衍生材料。
含锂的过渡金属氧化物作为锂离子电池正极材料的优势。
过渡金属往往具有多种价态，可以保持锂离子嵌入和脱出过程中的电中性；另外，过渡金属氧化物对锂有较高的电极电势，可以保证电池具有较高的开路电压。
一般来说，对锂电势，过渡金属氧化物＞过渡金属硫化物；3d过渡金属氧化物＞4d过渡金属氧化物＞5d过渡金属氧化物。
3d过渡金属氧化物中，尤其以含Co、Ni、Mn元素的锂金属氧化物为主。
7.锂离子电池负极材料应该满足哪些条件？①低氧化还原电位，以满足锂离子电池具有较高的输出电压；②锂离子脱嵌过程中的电极电位变化较小，以保证充放电的电压波动小；③脱嵌锂离子过程中的结构稳定性和化学稳定性好，以使电池具有较高的循环寿命和安全性；④具有高的可逆比容量；⑤良好的锂离子导电性和电子导电性，以获得较高的充放电倍率和低温充放电性能。
锂离子电池介绍
如果发现锂离子电池膨胀，应立即停止使用 该电池，因为这可能是电池内部短路或过充 的迹象，可能导致爆炸或火灾等安全问题。
电池的保养与维护
定期检查
定期检查锂离子电池的外观、连接和性能，以确保电池正常工作 并避免潜在的安全问题。
清洁
使用干燥的布或纸巾清洁锂离子电池的表面，以去除灰尘和污垢， 保持电池外观整洁并确保散热良好。
电池检测与包装
对电池进行性能检测，确保其符合规格要求，并进行包 装。
生产设备与设施
材料混合设备
用于混合正负极材料和电解液的 设备。
涂布设备
用于将正负极材料涂布在金属箔 上的设备。
干燥设备
用于去除电极材料中的水分和气 体的设备。
检测与包装设备
用于对电池进行性能检测和包装 的设备。
注液与密封设备
用于将电解液注入电芯中并进行 密封的设备。
充电和存储
在充电和存储过程中，应遵循制造商的指示，确保锂离子电池得到 适当的充电和存储，以保持其性能和延长其寿命。
06
锂离子电池的发展趋势与未 来展望
技术创新与突破
固态电解质
固态电解质是下一代锂离子电池的关键技术，具有更高的 能量密度和安全性，能够解决现有锂离子电池的安全问题 和寿命问题。
锂硫电池
材料准备
根据电池规格和性能要求，选择合适的正负 极材料、电解液和隔膜。
涂布与碾压
将正负极材料涂布在金属箔上，并进行碾压， 以调整其厚度和密度。
干燥与除气
去除涂布后的电极材料中的水分和气体，以确保 电池性能稳定。
卷绕与组装
将正负极、隔膜和集流体等材料卷绕在一起，组成 电池的电芯。
注液与密封
将电解液注入电芯中，并进行密封，以形成完整 的电池结构。
锂离子电池工作过程及原理
锂离子电池工作过程及原理1. 引言1.1 锂离子电池是什么锂离子电池是一种利用锂离子在正负极之间移动来存储和释放电能的电池。
它是目前应用最广泛的二次电池之一，被广泛应用于手机、电动汽车、笔记本电脑等设备中。
锂离子电池的工作原理是利用正极材料（如钴酸锂、磷酸铁锂等）和负极材料（如石墨、硅等）之间锂离子的嵌入和脱嵌来存储和释放电能。
在充电过程中，锂离子从正极脱嵌并嵌入负极；在放电过程中，锂离子则从负极脱嵌并嵌入正极，通过这种方式实现电能的转化。
与传统的镍镉电池和铅酸电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和轻量化等优点。
由于其优良的性能特点，锂离子电池在电动车、储能系统、无人机等领域有着广阔的应用前景。
随着新材料、新工艺的不断发展，锂离子电池的性能将不断提升，未来将更好地满足人们对能源存储和利用的需求。
1.2 发展历程锂离子电池的发展历程可以追溯到20世纪70年代初期。
当时，由美国斯坦福大学的研究团队首次提出了使用锂金属作为负极材料的概念。
随后的几十年里，科研人员们陆续进行了大量实验，并不断改进和完善锂离子电池的结构和性能。
在1991年，索尼公司首先成功商业化了锂离子电池，推出了第一款可供消费者购买的锂离子电池产品，从此开启了锂离子电池在消费电子领域的广泛应用。
随着移动通讯设备的普及和电动汽车市场的兴起，锂离子电池的需求量急剧增加，促使了锂离子电池技术的进一步发展和创新。
近年来，随着能源存储需求的不断增长，锂离子电池正在逐渐成为各种领域的首选能源储存解决方案。
与此为了提高循环寿命、安全性能和能量密度等关键指标，科研人员们还在不断开展关于锂离子电池的研究工作，以期不断推动其发展到新的高度。
锂离子电池已经成为现代社会中不可或缺的能源储存技术之一，并且将在未来得到进一步的发展和应用。
1.3 应用领域在电动汽车领域，锂离子电池作为动力源已经逐渐取代了传统燃油发动机，成为未来新能源汽车的主要驱动力。
锂离子电池和锂聚合物电池的区别
锂离子电池和锂聚合物电池的区别
锂离子电池和锂聚合物电池是现代电子设备中常用的两种电池类型。
尽管它们都使用锂作为电池的主要材料，但它们在构造、性能和安全方面有一些明显的区别。
1. 构造
- 锂离子电池（Li-ion Battery）：锂离子电池使用锂离子在正负极之间进行可逆嵌入和脱出的过程来存储和释放电能。
它包含一个由金属氧化物（如钴酸锂）和石墨构成的正负极，通过一个电解质分隔膜来防止短路。
- 锂聚合物电池（Li-polymer Battery）：锂聚合物电池使用含锂离子的聚合物凝胶作为电解质。
它的正负极可以是金属氧化物或碳材料。
聚合物电池的构造更为灵活，可以采用不同形状和尺寸。
2. 性能
- 能量密度：锂聚合物电池具有更高的能量密度，这意味着它们可以存储更多的电能，使设备可以更长时间地使用。
相比之下，锂离子电池的能量密度稍低。
- 充电速度：锂聚合物电池通常具有更好的充电速度，可以更快地完成充电过程。
锂离子电池的充电速度较慢。
- 循环寿命：锂聚合物电池的循环寿命通常更长，可以进行更多次的充放电循环，而锂离子电池的循环寿命相对较短。
3. 安全性
- 锂聚合物电池相对较安全，由于其使用聚合物凝胶作为电解质，可以更好地承受物理撞击和电池过热。
- 锂离子电池在过充、过放、过温等情况下可能发生热失控，导致起火或爆炸的风险。
综上所述，锂离子电池和锂聚合物电池在构造、性能和安全性方面存在着明显的区别。
选择使用哪种电池类型应根据具体需求和设备要求来决定。
锂离子电池的详细介绍
目录
CONTENTS
• 锂离子电池概述 • 锂离子电池的构成 • 锂离子电池的性能特点 • 锂离子电池的生产流程 • 锂离子电池的回收与处理 • 锂离子电池的发展趋势与挑战
01 锂离子电池概述
定义与工作原理
定义
锂离子电池是一种二次电池，通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存 与释放。
处理方法
火法处理
火法处理是一种高温熔炼方法，可以将锂离 子电池中的有价金属提取出来。该方法适用 于处理量大、金属含量较高的废旧电池。
湿法处理
湿法处理是一种化学溶解方法，通过酸、碱 等化学试剂将锂离子电池中的有价金属浸出， 再通过沉淀、萃取等手段回收金属。该方法 适用于处理量较小、金属含量较低的废旧电 池。
要求。
负极材料
负极材料
是锂离子电池中用于存储锂离子的部分，常用的负极材料包括石墨、 钛酸锂等。
负极材料的特性
决定了电池的充放电性能、能量密度和使用寿命。负极材料需要具 备高容量、良好的电导率和稳定性。
负极材料的选用
根据不同的应用场景选择合适的负极材料，以满足不同的性能要求。
电解液
电解液
是锂离子电池中传输锂离子的介 质，对电池的充放电性能和使用 寿命有重要影响。
聚合物锂离子电池
具有较高的能量密度和较轻的重量， 常见于移动设备、无人机等。
锂离子电池的应用领域
消费电子产品
手机、平板电脑、数码相机等 。
电动汽车
电动汽车的主要动力来源，提 供长续航里程。
能源储存
用于可再生能源系统的储能， 如太阳能和风能。
航空航天
用于小型无人机和航空模型的 电源。
02 锂离子电池的构成
锂离子电池种类
锂离子电池种类锂离子电池是一种现代电池技术，以其高能量密度、长寿命、轻便等优点被广泛应用于移动电子设备、电动汽车、储能系统等领域。
随着科技的不断进步，锂离子电池也在不断发展和改进，出现了不同种类的锂离子电池。
本文将介绍几种常见的锂离子电池。
一、普通锂离子电池普通锂离子电池是最常见的锂离子电池，其正极材料为钴酸锂、三元材料或铁锂磷酸盐等，负极材料为石墨或石墨化碳。
普通锂离子电池具有高能量密度、长寿命、无记忆效应等优点，但其缺点是温度敏感，易发生热失控，容易引起安全事故。
二、聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池是一种新型的锂离子电池，其正极材料为聚合物，负极材料为石墨或金属锂。
聚合物锂离子电池具有高能量密度、长寿命、轻便等优点，同时还具有更好的安全性能。
由于其正极材料为聚合物，因此聚合物锂离子电池的制备工艺较为复杂，价格也较高。
三、锰酸锂电池锰酸锂电池是一种正极材料为锰酸锂的锂离子电池。
锰酸锂电池具有高能量密度、低成本、良好的安全性能等优点。
但其缺点是寿命较短，循环次数较少。
四、磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池是一种正极材料为磷酸铁锂的锂离子电池。
磷酸铁锂电池具有高能量密度、长寿命、良好的安全性能等优点，同时还具有较好的低温性能。
但其缺点是成本较高。
五、钛酸锂电池钛酸锂电池是一种正极材料为钛酸锂的锂离子电池。
钛酸锂电池具有高能量密度、长寿命、良好的安全性能等优点，同时还具有较好的高温性能。
但其缺点是成本较高。
综上所述，不同种类的锂离子电池各有优缺点，应根据具体需求选择适合的电池。
未来，随着科技的不断进步，锂离子电池的种类也将不断增加和改进。
锂离子电池
• 2）凝胶态聚合物电解质是由聚合物、增塑剂 与溶剂通过互溶方法形成的具有适宜微观结构 的聚合物网络, 利用固定在微观结构中的液态 电解质分子实现离子传导。 • 特点：具有固体聚合物的稳定性、可塑性特点, 又具有液态电解质的高离子导电特性即液态电 解质分子固定在聚合物网络中, 而电极和电解 质内部具有高离子导电性。
锂离子电池的充电特性
五、锂离子电池的发展状况
表1 1994～2003年世界锂离子电池的产量及增长率
表2：1994～2004年世界锂离子电池平均每只价格变化
注：LIB为液态锂离子电池，LIPB为聚合物钽离子电池
产量/亿只
A 中国 B 韩国 C 日本
市场份额/%
六、锂离子电池的展望
提高小功率电池的性能，降低成本，以满足高速发展的信息产业的需求：
改进方法
掺入 Al、V和K等 掺杂改性（铝、 元素 镓等）、改进氧 化镍锂的制备方 法
锂 离 子 电 池 的 正 极 材 料 的 制 备
氧化钴锂：层状结构，且稳定 制备方法：1）固相反应法：
氧化钴 碳酸锂 粒状混合物 2）喷雾干燥法： 锂盐 钴盐 混合物 加入聚合物 喷雾干燥 高温处理 煅烧 LiCoO2
吴宇平等. 锂离子电池-应用与实践 [M]. 北京：北京化学工业出 版社，2004
锂二次电池的分类
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 全固态锂二次电池 锂离子电池 3、根据正极材料的不同 电解质 液体锂离子电池
1、根据温度
凝胶聚合物锂离子电池
全固态锂离子电池
七 聚合物二次电池
• 聚合物锂离子电池自从1996年开发以来，越来越多的 研究机构和企业加入这一行业，使这一产业得以迅速 发展。2000年，聚合物锂离子电池在美国和日本商业 开发非常成功，特别是在日本，以Sony公司为首的聚 合物锂离子电池企业每年的产量都达到两千万只以上， 占世界市场份额50%以上；Sanyo公司的聚合物锂离子 电池开发也有后来居上的趋势。中国的聚合物锂离子 电池从1998年开始产业化。目前有越来越多的企业加 入聚合物锂离子电池的开发与生产，产能已达到年产 8000万只的规模。可见，尽管国内聚合物锂离子电池 行业呈现方兴未艾的势态，但同时也面临不容乐观的 形势与极大的挑战，需要相关的企业与行业组织引起 重视。
锂离子电池的基本概念和工作原理
锂离子电池的基本概念和工作原理1. 基本概念1.1 什么是锂离子电池？锂离子电池，这个名字听起来有点高大上，但其实就是我们生活中常见的电池之一。
它在手机、电脑、电动车，甚至是我们家里的电动工具里都大显身手。
说白了，锂离子电池就是一种能存储和释放电能的小家伙。
它的工作原理可谓是“精妙绝伦”，能在瞬间释放出强大的能量，真是让人佩服。
1.2 锂离子电池的组成那么，这个小家伙是怎么工作的呢？锂离子电池主要由正极、负极和电解质组成。
正极一般是由锂金属氧化物制成，负极通常是石墨。
电解质呢，简单来说，就是一种能让锂离子在正负极之间自由移动的液体或固体。
想象一下，这就像是一个舞池，锂离子在正负极之间跳来跳去，带着电能的节拍，让我们的设备不停地运转。
2. 工作原理2.1 充电时的“舞会”充电的时候，锂离子电池就像是一场热闹的舞会。
电源给电池供电，锂离子从正极“出发”，穿过电解质，朝负极移动。
这个过程就像是小伙伴们从舞池的一个角落跑到另一个角落，兴奋得不得了。
当锂离子到达负极时，它们会“落脚”并和负极的材料结合，形成一个稳定的状态。
充电完成后，电池就像是一个充满能量的小斗士，随时准备出发！2.2 放电时的“回家”放电的时候，锂离子就开始“回家”了。
它们从负极出发，穿越电解质，返回正极。
在这个过程中，锂离子释放出能量，供给我们的设备使用。
想象一下，就像是舞会结束时，大家意犹未尽，纷纷朝着出口跑去。
每一个锂离子都在释放能量，让我们的手机亮起来、电脑运行起来，甚至让我们的电动车飞驰起来。
真是一场“电”的盛宴啊！3. 优势与应用3.1 锂离子电池的优势说到锂离子电池的优势，简直是一箩筐！首先，它们的能量密度高，意味着能存储更多的电能，体积小巧又轻便。
你想啊，手机里的电池要是像个大西瓜，谁还敢随身携带？其次，锂离子电池的自放电率低，放在那儿几个月都不怕电量流失，简直就像是个耐心的老爷爷，等待着被再次唤醒。
此外，它们还具备较长的使用寿命，常常能使用几百次甚至上千次。
锂离子电池的优缺点
锂离子电池的优缺点导语：随着科技的不断进步，锂离子电池作为一种重要的电池技术，在现代社会中得到了广泛的应用和重视。
本文将从能量密度、充放电性能、环境友好性、成本和安全性等方面探讨锂离子电池的优缺点。
一、优点：1. 高能量密度：锂离子电池相比于传统的铅酸电池和镍镉电池具有更高的能量密度。
这意味着同样体积和重量的锂离子电池能够储存更多的能量，为电动汽车、便携设备和太阳能等领域的发展提供了支持。
2. 良好的充放电性能：锂离子电池具有较高的充放电效率和较长的循环寿命。
相比于镍镉电池和镍氢电池，锂离子电池的内阻较低，充电速度较快，并且能够经受较多次的充放电过程而不损失很多容量。
3. 环境友好性：锂离子电池不含有重金属污染物，类似于铅酸电池和镍镉电池中的有害物质。
这使得锂离子电池具有较低的污染风险，并且可以更好地符合环保要求。
二、缺点：1. 成本较高：锂离子电池的制造成本相对较高，这主要是因为其所需材料的昂贵以及制造过程中的技术复杂性。
尽管随着技术不断进步，锂离子电池的成本正在逐渐下降，但仍然相对较高。
2. 安全性问题：锂离子电池存在一定的安全隐患。
由于锂离子电池采用液体电解质，高温、过度充电或物理损伤可能导致电池过热、短路和甚至起火爆炸。
因此，对于锂离子电池的设计和使用需要严格的安全措施。
3. 衰减问题：锂离子电池在长时间使用后会逐渐衰减，即容量会随着循环次数的增加而减少。
这个问题对于需要长时间使用的设备和车辆来说可能是一个挑战，需要通过优化设计和改进电池材料来解决。
结论：综上所述，锂离子电池作为一种重要的电池技术，有其独特的优点和缺点。
虽然存在一些安全和成本问题，但锂离子电池的高能量密度、良好的充放电性能和环境友好性使其在电动汽车、便携设备和可再生能源等领域具有巨大的潜力。
我们期待未来的科技发展能够进一步解决这些问题，使锂离子电池更加安全、稳定和可靠。
锂离子电池介绍1
1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的历史
1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的优点
1、高能量密度： 100 Wh/Kg以上，为镍镉电池的三倍，镍氢电池的两倍； 2、电压平台高：3.6 V，镍基电池为1.2 V； 3、低温下工作优：在-20～60℃的温度范围内工作，低温下的工作优于其它电 池； 4、低维护性：没有记忆效应，无需定期放电，最理想的保存方式，就是在 40%充电后冷藏保存，可以保存达十年之久 ； 5、低自放电率：约6％/月； 6、长循环寿命(＞1000次，100％DOD)； 7、环保：无重金属，无污染。
对应电流和时间进行。 注： C 为标称容量， I C 为测试 电流
测试时间不得少 不爆炸、不燃烧 于 48h
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的安全评估
用小电阻的导线直接连接正负极，使电池形成超大电流回路，电池内部快速升温
前提
环境温度
短路方法
外部电阻
时间
结果要求
短 路 试 验
军标
按标准充满电后的电 池组
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的充电原理
锂离子电池的充电过程分：
预充电阶段； 恒流充电阶段-1C 恒压充电阶段。4.1V一4.2V
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的充电原理
预充电阶段 预充电阶段是在电池电 压低于3V时，电池不 能承受大电流的充电。 这时有必要以小电流对 电池进行浮充。
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
电 极 反 应
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
锂离子电池的额定电压为3.6V。电池充满时的电压（称 为终止充电电压）一般为4.2V；锂离子电池终止放电电压 为2.5V。如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.5V后 还继续使用，则称为过放电，对电池有损害。
锂离子电池的性能优势和缺点总结
锂离子电池的性能优势和缺点总结锂离子电池，大家一定不陌生。
现在的手机、电脑，甚至电动车，都离不开它。
这玩意儿真是个了不起的发明，但也不是完美无瑕。
今天我们就聊聊锂离子电池的优缺点，轻松一点，听听我怎么说。
一、性能优势1.1 能量密度高锂离子电池的最大特点就是能量密度高。
简单来说，就是它能存储更多的电能，体积小、重量轻。
想想你的手机，电池虽然不大，但却能让你使用一天甚至更久。
这个优势让锂离子电池在便携设备上表现得淋漓尽致，随时随地都能保持设备的运转。
1.2 自放电率低再来聊聊自放电率。
锂离子电池的自放电率相对较低，这意味着它在不使用的时候，电量流失得很慢。
你随便把它放一段时间，拿出来还是能用。
对于那些偶尔才用到的设备，这可是个福音。
比如说，夏天你把电风扇放一边，冬天再拿出来，用的时候还能正常转，这种感觉简直太爽了。
二、充电速度快2.1 充电便利锂离子电池的另一个大优点就是充电速度快。
大家应该都不喜欢等，尤其是等电池充电。
锂离子电池可以在短时间内充满电，甚至半小时就能充到八九成。
这点对于忙碌的现代人来说，真是太有用了。
无论是赶飞机还是上班前急着充电，快就是王道。
2.2 循环寿命长再说说循环寿命。
锂离子电池的循环寿命一般可以达到几百到上千次，这样一来，使用寿命就比许多其他电池长得多。
你买个手机，电池用个三四年都没问题。
这样的耐用性，不仅让我们省心，也减少了电子废物的产生，真是一举两得。
2.3 适应温度广锂离子电池的适应温度范围也相对较广，能在零下和高温的环境中稳定工作。
这点尤其适合在各种恶劣环境下使用，比如户外探险、极地考察等。
想象一下，冰天雪地里，能依然有电，真是让人倍感安心。
三、缺点3.1 成本高不过，锂离子电池也不是没有缺点。
首先就是成本高。
这种电池的生产材料和工艺都比较复杂，所以价格相对较贵。
虽然现在市场上已经有了很多更便宜的选择，但想要高性能的锂离子电池，还是得花点银子。
特别是电动车的电池，价格可不是一般的贵，真是让人心疼。
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锂离子电池关键材料
19.54% 7.66%
29.89%
7.28% 14.56% 21.07%
国内外研究情况：锂离子电池相关材料类型及其所占比例
锂离子电池关键材料：正极材料
• 锂嵌入到正极材料或从正级材料中脱嵌，伴随着晶 相变化。因此，锂离子电池的电极膜都要求很薄， 一般为几十微米的数量级。正极材料的嵌锂化合物 是锂离子电池中锂离子的临时储存容器。为了获得 较高的单体电池电压，倾向于选择高电势的嵌锂化 合物。锂离子电池正极材料应满足：
• 目前锂离子电池的负极一般采用石墨或其他碳材料，正极为氧化钴锂等过渡 金属氧化物。石墨和氧化钴锂都具有层状结构，在特定电压下锂离子能够嵌 入或脱出这种层状结构，而材料结构不会发生不可逆变化。充电时，正极中 的锂原子电离成锂离子和电子。锂离子在外加电场作用下，在电解液中由正 极迁移到负极，还原成锂原子，插入到负极石墨的层状结构中。放电时，锂 原子在负极表面电离离子和电子，分别通过电解液和负载流向正极，在正极 重新复合成锂原子然后插入到正极的氧化钴锂的层状结构中。
性能优势
工作电压 ——电池平均放电电压3.6-3.7V，相当于3个镍氢 或镍镉电池串联，可以减少电池使用量。 能量密度 ——体积比能量和质量比能量都很高，是镍氢及 镍镉电池的两倍以上。体积小，重量轻，用于便携式电子 产品有不可替代的优势。 循环寿命 ——正常使用条件下，500次循环后电池放电容量 不低于初始容量的80%
1.1 正极配方
1. 正负极配方
正极主要包括：LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流 体（铝箔） 正极引线
LiCoO2(10μm):93.5% 其它：6.5% 如Super-P:4.0% PVDF761:2.5% NMP（增加粘结性）:固体物质的重量比约为810:1496 a) 正极黏度控制6000cps(温度25转子3)； b) NMP重量须适当调节，达到黏度要求为宜； c) 特别注意温度湿度对黏度的影响
• 2.络合物法：用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体，
再烧结制备。该方法的优点是分子规模混合，材料均匀性和性能稳定性好， 正极材料电容量比固相法高，国外已试验用作锂离子电池的工业化方法，技 术并未成熟，国内目前还鲜有报道。
• 3.溶胶凝胶法：利用上世纪70年代发展起来的制备超微粒子的方法，制备正极
正负极配方 正负极混料 电池的制作 包装（pack）与储存
为更好的说明锂离子电池的生产工艺，我们以LiCoO2 为正极活性物质为例 在下面的讨论中，技术参数的选定只是为更好说明电池的生产工艺；工 业上具体的技术参数需要按具体要求，进行选定
锂离子电池制作所需设备：搅拌机、涂布机、辊压机、分条机、断片
机、冲压机、烘箱、超声波电焊机、热封机、注液机、化成设备、真空抽 气封口机
20世纪90年代初 液态锂例子电池，正极采用锂过渡金属氧化LiCoO2、 LiNiO2及LiMn2O4等，负极采用石墨等碳材料或其他嵌锂化合物。 电解液采用锂盐液态非水电解液。既有良好的循环性能，安全性也 比较高。 1999 聚合物锂离子电池，正负极材料与液态锂离子电池所用材料同， 只是采用凝胶状或全固态电解液，用铝塑薄膜替代金属外壳，安全 性比液态锂离子电池高。
• 3：法国Tarascon教授发表了新的正极材料：LiFeSO4F材料系
列：
• 合成方法：也采用离子液体作介质，实施低温合成； • FeSO4 + LiF LiFeSO4F
240-280℃
• LiFeSO4F材料热稳定性可一直到350℃；比容量160mAh/g；电池电压区间 2.0-4.2V；发现者强调它是比LiFePO4资源更丰富的材料。
术
材料性能：161mAh/g（4.2V-3.0V）；8m2/g；无三价铁杂质存
在；纳米碳：-5nm 2wt%/LFP结合均匀，牢固；
LiFePO4合成新方法？？？
• 2： 法国Tarascon教授发表了新的合成方法与新正极材料：
• • 合成方法：采用离子液体作介质，实施低温合成磷酸铁锂等一系列类似材料。 原理：选择的碳氮基离子液体具有300℃以上的热稳定性，因此在200-250 ℃是稳定 的；它既可以作为溶剂，又作为结构介质，使反应在低温下顺利进行，且可以控制 颗粒尺寸。
在LiFePO4基础上如何继续向前走？
• • • • 掺杂改性：LiFeCoPO4 合成新橄榄石结构材料：LiMnPO4 掺杂与包覆改性：LiMnPO4 合成新体系：LiMSiO4体系
在镍基材料基础上如何向前走？？
• 美国阿贡实验室提出浓度梯度分布核壳结构材料
利用共沉淀法合成球形颗粒
锂离子电池关键材料：负极极材料
需要考虑的基本问题：
正极板必须要被负极板包住在内 锂离子从正极向负极移动 ⇒ 往负极板中移动 （安全） ⇒ 往没有负极板的地方移动,锂离子会析出 （不安全）
锂离子电池关键材料
• 锂离子电池关键材料：正极材料、负极材料及Байду номын сангаас解质
• 作为锂离子电池关键材料的热力学、动力学、晶体化 • 学以及微-/纳结构之间的关系需科学地予以研究。 • 主要关注于:
材料，该方法具备了络合物法的优点，而且制备出的电极材料电容量有较大的提高， 属于正在国内外迅速发展的一种方法。缺点是成本较高，技术还属于开发阶段。
•
正极材料：制备方法介绍
• 4. 共沉淀法：一般用于制备多元的层状结构正极材料。选择合适的沉淀
剂（NaOH或者Na2CO3）获得多元前驱体沉淀，过滤洗涤干燥后与锂盐烧结， 获得相应的正极材料。目前该方法被广泛的应用在工业上。共沉淀过程中， 温度，溶液浓度，酸度，搅拌速度和最终的烧结温度是控制最终产物的形貌 和粒度分布的关键，这也带来过程控制的困难。
•
• 金属氧化物：SnO2，WO2，MoO2，VO2，TiO2，LixFe2O3，
Li4Ti5O12，Li4Mn5O12等
负极材料：制备方法介绍
• 1.在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；嵌锂石墨离子型化合物分子 式为LiC6，其中的锂离子在石墨中嵌入和脱嵌过程动态变化，石墨结构与 电化学性能的关系，不可逆电容量损失原因和提高方法等问题，都得到众多 研究者的探讨。
应用方向
• 笔记本电脑、手机、数码相机、媒体播放 器、PDA、MP3 • 电动车、电动工具、备用电源以及在航空 航天、军事、医学等方面的应用
产业状况
• 锂离子电池生产厂家主要集中在日本、韩国和中国，欧美 厂家生产规模不大。 • 日本：Sanyo、Sony、Matsrshita、Hitachi Maxell、NEC 等，Toshiba已于2004年退出
• 2.将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到的硬碳,可逆电容量比石墨 碳高，其结构受原料影响较大，但一般文献认为这些碳结构中的纳米微孔对 其嵌锂容量有较大影响，对其研究主要集中于利用特殊分子结构的高聚物来 制备含更多纳米级微孔的硬碳。 • 3.高温热分解有机物和高聚物制备的含氢碳。这类材料具有600～ 900mA· h/g的可逆电容量，因而受到关注，但其电压滞后和循环容量下降 的问题是其最大应用障碍。对其制备方法的改进和理论机理解释将是研究的 重点。
钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。 导电剂：提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性。 PVDF粘合剂：将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。 NMP：弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料。 正极引线：由铝箔或铝带制成。
• 5.离子交换法：Armstrong等用离子交换法制备的LiMnO2，获得了可逆
离实用化还有相当距离。 •
放电容量达270mA· h/g高值，此方法成为研究的新热点，它具有所制电极性 能稳定，电容量高的特点。但过程涉及溶液重结晶蒸发等费能费时步骤，距
热点：正极材料-制备方法
• 如何看待LiFePO4材料？？？
• 韩国：Samsung SDI、LG、SKC等
• 中国：力神、比亚迪、邦凯、比克、光宇、ATL、TCL等 • 欧美：加拿大Moli
锂离子电池工作原理
以LiCoO2 为正极、石墨为负极说明锂离子电池工作原理 负极 正极
锂离子移动
锂离子的运动
充电 ： 正极 ⇒ 负极 放电 ： 负极 ⇒ 正极
锂离子电池工作原理
• SONY研究该材料体系10余年了！现在圆柱形电动工具电池大量 生产，提供使用！ • 日本GS-Yuasa刚研制出一个新电池：
11Ah用于PHEV，127Wh/kg；2130W/kg（50%SOC）； 正极材料：LiFePO4+ LiMnNiCoO2；
LiFePO4合成新方法？？？
1：连续水热合成法：LG化学提出这种“低成本、易控制”技
负极材料：制备方法介绍
• 4）作为一种嵌锂材料，碳纳米管、巴基球C60等也是当前研究的一个新热 点，成为纳米材料研究的一个分支。碳纳米管、巴基球C60的特殊结构使其 成为高电容量嵌锂材料的最佳选择。从理论上说，纳米结构可提供的嵌锂容 量会比目前已有的各种材料要高，其微观结构已被广泛研究并取得了很大进 展，但如何制备适当堆积方式以获得优异性能的电极材料，这应是研究的一 个重要方向。
• 负极材料的电导率一般都较高，则选择电位尽可能接近锂电 位的可嵌入锂的化合物，如各种碳材料和金属氧化物。可逆 地嵌入脱嵌锂离子。锂离子电池负极材料应满足： • 1）在锂离子的嵌入反应中自由能变化小； • 2）锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率； • 3）高度可逆的嵌入反应； • 4）有良好的电导率； • 5）热力学上稳定，同时与电解质不发生反应。
锂离子电池
内容
• • • • • • 1 2 3 4 5 6 锂离子电池简史、性能优势、应用方向及产业状况 锂离子电池工作原理 锂离子电池关键材料 关键材料的制备方法及注意问题 电池的制作、包装（pack）与储存 动力锂离子电池技术发展与应用现状