水系锂离子电池

章
由于锂含量不同，正负极的化学电势存在差异，从而能够组装成电池体
水
系。化学反应方程式如下:
系
锂
离
子
电
池
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水 系
Yang Hui等以Zn和MnO2为电极对，在LiOH电解液中，组装的电 池比容量大于200mAh/g，但其深度放电严重地影响样品的循环 性能。用XRD分析表明在充放电过程中，锂离子在Zn、MnO2间可
离
子
电
池
Wang G X等研究的水溶液锂离子电池以尖晶石型
Li2Mn408(Li4Mn5O12)为负极材料，LiMn2O4为正极材料 ，以5mol/L LiNO3和0.001mol/LLioH的水溶液为电解液 组，其容量约100mAh/g，平均电压为1.0一1.1v。
第 二
水系锂离子电池的发展历程
水系锂离子电池的发展历程
章 水
中科院北京物理所陈立泉院士研究组2006年报道了负极采用TiP2O7和
LiTi2(P04)3，正极采用LiMn204，电解质溶液为LiNO3溶液的水系锂离子电池 。其中TiP2O7 / LiNO3 /LiMn204水系锂离子电池平均工作电压1.40V，放电
系
容量约42mAh/g，10次充放电循环后，放电容量保持率为85%;
内部阻抗高，其电导率比水溶液小两 个数量级
锂
高比能量
难以实现大电流放电
离
（130-200wh/kg）
生产条件要求苛刻，成本高
子
高比功率（1800w/kg）
存在严重的安全隐患
电 池
长循环寿命
（500-1000次）
低自放电
（6-8%/月）
无记忆效应
第 二 章 水 系 锂 离 子 电 池
由于水系锂离子电池具有价格低廉，无环 境污染，安全性能高，高功率等优点，成 为具有开发和应用潜力的新一代储能器件 。
子
离子的浓差电池：在电池
电
充电时，锂离子从正极嵌
池
锂化合物中脱嵌，经过电
解质溶液嵌入负极化合物
晶格中，正极活性物质处
于贫锂状态；电池放电时
，锂离子则从负极化合物
中脱出，经过电解质溶液
再插入正极化合物晶格中
ห้องสมุดไป่ตู้
，正极活性物为富锂状态
。
第 一
非水系锂电的性能比较
章
非
非水系电池的缺点：
水 系
非水系电池的优点：
锂
逆嵌脱。
离
子
电
池
Joachim kohler等研究了LiV308作为水溶液锂离子电池负极材料的电化学
性能。LiV3O8是八面体和三角双锥组成的层状结构，其具有比容量高，循
环性能好。在低于析氢电位的中性水溶液中，锂离子能够从LiV308进行可
逆嵌脱。但不发生水的电化学分解。他们组装的电池分别采用
LiNi0.81Coo.1902和LiV3O8为正负极，以1mol/L的Li2SO4溶液为电解液，该电池 比容量达 45mAh/g (按正负极质量计算)，30次充放循环之后，放电容量
水 系 （锂） 电 池 的 调 研 报 告
内容概述
1 第一章 非水系锂电
2
第二章 水溶液锂电
3
第三章 水系锂电容量衰减机理
第 一
非水系锂电的工作原理
章
非 水
锂离子电池采用能可 逆地嵌入和脱嵌锂离子的 正极：
系
具有层状或隧道结构的活 负极：
锂
性物质作为正、负极，其 总反应：
离
电池反应的实质是一个锂
保留70%。
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水
系
锂
离
子
电
池
About 80% of the discharge capacity of the first cycles is maintained after 30 cycles and about 40% after 100 cycles.
第 二
为LiNO3溶液的水系钾离
子
子电池，平均工作电压 1.05V，放电容量约
电
55mAh/g，40次充放电
池
循环后，放电容量保持 率为65%，100次充放电
循环后，放电容量保持
率为36%。
LiTi2(PO4)3/Li2SO4/LiFePO4 aqueous lithium-ion batteries exhibited excellent stability with capacity retention over 90% after 1,000 cycles when being fully charged/discharged in 10 minutes and 85% after 50 cycles even at a very low current rate of 8 hours for a full charge/discharge offering an energy storage system with high safety, low cost, long cycling life and appropriate energy density.
池
电极反应方程式为：
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章 水
由于VO2比较昂贵，LI Wu等人提出一种成本低廉的方法就是 两个电极都采用LiMn2O4。LiMn2O4/γ-Li0.36Mn2O4电池的平均电压
系
为0.8v，能量密度达40Wh/kg,虽然其能量密度小于
锂
LiMn2O4/VO2(B)，但是利用锂锰氧化物作为电极正负极材料组装 成水溶液锂离子电池是一个不错的例子。
锂
为75Wh/kg，实际应用中这种电池的能量密度接近40wh/kg，大
离 子
于铅酸电池(30wh/kg)，与Ni一cd电池相当。但循环性能很差。 Dahn认为水系锂离子电池衰减的原因可能是水的分解，电极材料 在水溶液里的溶解，和电极材料的结构变化。并指出V02/LiMn204
电
体系衰减得主要原因是VO2电极在电解液里的溶解。
锂
而LiTi2(P04)3 /LiMn2O4水系锂离子电池平均工作电压1.50v，放电容 量约45mAh/g，10次充放电循环后，放电容量保持率为75%。
离
子
电
池
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水
2007年，复旦大学
系
吴宇平教授小组报道负 极采用LiV3O8，正极采
锂
用LiCoO2，电解质溶液
离
第 二
水系锂离子电池的理论基础
章
Li Wu等人根据
水
理论实验研究和
系
实验证明，提出
锂
选择合适锂嵌脱 电位的材料作为
离
电池正负极和调
子
节电解液的PH值
电
，利用水溶液作 为电解液具有可
池
行性。
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水 系
在1994年，Dahn研究组于《Science》首次报道了一种用水 溶液电解质的锂离子电池，负极采用V02，正极采用LiMn2O4，电 解质溶液为微碱性的Li2SO4溶液，其平均工作电压l.5V，能量密度