第五讲锂离子电池材料.
锂离子电池简介
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３．锂离子电池 锂是自然界里最轻的金属元素，比重仅 及水的一半，同时它又具有最低的电负 性，电极电位是－０．３０４５Ｖ。
所以选择适 当的正极与其相匹配，可以获得较高的 电动势，这种电池应该具有最高的比能 量，也就是单位重量的电极物质能释放 较大的电能量。
锂离子电池与锂电池 锂离子电池是由锂电池发展而来的 锂电池的负极材料是锂金属，正极材料是碳材：锂电池。
锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。
电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出 来实现电池的充放电过程，为了区别于传统意义上的锂 电池，所以人们称之为锂离子电池。
在锂离子电池中，锂永远以锂离子的形态出现，不会以金属锂的形 态出现，就不会出现燃烧、爆炸等危险。
锂离子在阳极和阴极之间 移动，电极本身不发生变化。
这是锂离子电池与锂电池本质上的差 别。
从而使锂电真正达到了安全、高效、方便，而老的锂电也随之 淘汰了。
区分它们的方法也相当简单：从电池的标识上就能识别， 锂电的标识为Ｌｉ，而锂离子电池为Ｌｉ－ｉｏｎ 锂离子电池与其他电池相比，主要有以下优点。
１．电压高 ：所标志的开路电压通常为３．６Ｖ，而镍氢和镍镉电池 的开路电压为１．２Ｖ。
２．容量大： 能量高、储存能量密度大，是锂电池的核心价值所 在，以同样输出功率而言，锂离子电池的重量不但比镍氢电池 轻一半，体积也小２０％。
３．放电率： 锂离子电池的充电速度较快，仅需要１￣２小时（ｈ） 的时间就可充电，达到最佳状态；同时，锂离子电池的漏电量 极少，即使随意放置１￣２周后再拿出来用时，一样能发挥电力、 照常工作；锂离子电池的自放电率低＜８％／月，远低于镍镉电池 的３０％和镍氢电池的４０％。
４．锂离子电池没有＂记忆效应＂，所以锂离子电池可以在未完全 放电的条件下充电而不会降低其容量。
锂离子电池材质
锂离子电池材质锂离子电池是一种常用的二次电池，它的材质是由正极材料、负极材料、电解质和隔膜组成。
这些材料在电池中发挥着不同的作用，共同实现了电池的充放电过程。
正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，它决定了电池的电压和容量。
常用的正极材料有锰酸锂、三元材料和钴酸锂。
锰酸锂具有较高的比容量和低的成本，是一种性能较为平衡的正极材料。
三元材料具有较高的比容量和较长的循环寿命，但成本较高。
而钴酸锂具有较高的比容量和较高的电压，但价格昂贵。
在实际应用中，根据不同的需求和成本考虑，可以选择不同的正极材料。
负极材料是锂离子电池中的另一个重要组成部分，它决定了电池的容量和循环寿命。
常用的负极材料有石墨和硅。
石墨是一种传统的负极材料，具有较高的循环寿命和较低的成本，但容量较低。
硅是一种高容量负极材料，具有很高的比容量，但由于其容量膨胀率较大，会导致电池性能下降。
因此，石墨和硅常常被混合使用，以兼顾容量和循环寿命的平衡。
电解质是锂离子电池中的重要组成部分，它起到离子传导的作用。
常用的电解质有有机电解质和固体电解质。
有机电解质具有较高的离子传导性能和较低的成本，但在高温下容易分解。
固体电解质具有较高的热稳定性和较长的使用寿命，但离子传导性能较差。
在不同的应用场景中，可以选择不同类型的电解质。
隔膜是锂离子电池中的重要组成部分，它起到隔离正负极的作用，防止短路。
隔膜需要具有较好的离子传导性能和较高的机械强度。
常用的隔膜材料有聚丙烯膜和聚酰亚胺膜。
聚丙烯膜具有较好的离子传导性能和较低的成本，但机械强度较低。
聚酰亚胺膜具有较高的机械强度和较长的使用寿命，但成本较高。
锂离子电池的材质是由正极材料、负极材料、电解质和隔膜组成的。
不同的材料选择会影响电池的性能和成本。
随着科技的进步和需求的不断增长，锂离子电池的材质也在不断创新和改进，以满足人们对于更高性能和更长寿命电池的需求。
锂离子电池原材料
锂离子电池原材料一、引言锂离子电池是一种重要的电池类型，广泛应用于移动通信、笔记本电脑、电动汽车等领域。
而锂离子电池的性能和寿命，很大程度上取决于其原材料的质量和配比。
因此，本文将详细介绍锂离子电池的原材料及其特点。
二、正文1. 正极材料正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一，其主要作用是储存和释放正极离子。
目前市面上常见的正极材料有三种：钴酸锂、镍钴酸锂和铁磷酸锂。
（1）钴酸锂钴酸锂是最早被应用于商业化生产的正极材料之一，具有高能量密度、高安全性和良好的循环寿命等特点。
但是，由于钴资源稀缺且价格昂贵，因此成本较高。
（2）镍钴酸锂镍钴酸锂相对于钴酸锂来说，在成本方面有所降低，并且具有更好的耐高温性能。
但是，其缺点是在高电流下容易发生极化现象，从而影响电池的性能。
（3）铁磷酸锂铁磷酸锂是一种新型的正极材料，具有良好的安全性、低成本和环保等特点。
但是，其能量密度相对较低，需要通过改进材料结构和工艺来提高性能。
2. 负极材料负极材料是锂离子电池中另一个重要的组成部分，其主要作用是储存和释放负极离子。
目前市面上常见的负极材料有两种：石墨和硅。
（1）石墨石墨是目前应用最广泛的负极材料之一，具有良好的循环寿命和稳定性等特点。
但是，在高温下容易发生氧化反应，并且其储锂容量相对较低。
（2）硅硅作为一种新型的负极材料，在储锂容量方面远远超过了石墨，并且具有更好的循环寿命。
但是，硅容易膨胀并且在充放电过程中会产生大量的电极损失，因此需要通过改进材料结构来解决这些问题。
3. 电解液电解液是锂离子电池中的另一个重要组成部分，其主要作用是传递离子。
目前市面上常见的电解液有两种：有机电解液和固态电解质。
（1）有机电解液有机电解液是目前应用最广泛的一种电解液，具有良好的传递性能和稳定性等特点。
但是，由于其挥发性较高，在高温下容易发生燃烧和爆炸等安全问题。
（2）固态电解质固态电解质是一种新型的电解质材料，具有更好的安全性和稳定性，并且可以在高温下工作。
锂离子电池电极材料
锂离子电池电极材料锂离子电池是一种重要的储能设备，广泛应用于电动汽车、移动电子设备等领域。
而电极材料作为锂离子电池的核心部件，直接影响着电池的性能和循环寿命。
因此，选择合适的电极材料对于锂离子电池的性能至关重要。
目前，常见的锂离子电池电极材料主要包括锂钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、石墨、石墨烯等。
其中，锂钴氧化物因其高比容量和较低的电化学稳定性，被广泛应用于电动汽车和大容量储能系统中。
而锂镍钴锰氧化物由于其较高的比容量和较好的循环寿命，逐渐成为锂离子电池的主流电极材料。
此外，石墨和石墨烯作为负极材料，具有良好的导电性和循环稳定性，被广泛应用于锂离子电池中。
在电极材料的选择上，除了考虑材料的比容量、循环寿命等基本性能外，还需要考虑材料的成本、可持续性等因素。
因此，未来的电极材料研究方向主要包括提高材料的比容量和循环寿命，降低材料的成本，以及开发可持续性的替代材料等方面。
除了电极材料本身的性能外，电极的结构和制备工艺也对电池性能有着重要影响。
目前，常见的电极结构包括片状电极、卷式电极等。
而电极的制备工艺主要包括混合、涂覆、烘干等步骤。
合理的电极结构设计和制备工艺能够提高电极的比表面积，改善电极的导电性和离子传输性能，从而提高电池的能量密度和循环寿命。
此外，电极材料的表面涂层技术也是提高电池性能的重要手段。
通过表面涂层技术，可以有效抑制电极材料的固相界面反应，提高电极材料的循环稳定性和安全性。
目前，常见的电极表面涂层材料包括氧化物、磷酸盐、碳纳米管等。
这些表面涂层材料能够有效提高电极材料的循环寿命和安全性，是未来电极材料研究的重要方向之一。
总的来说，锂离子电池电极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一。
未来，电极材料的研究方向主要包括提高材料的比容量和循环寿命，降低材料的成本，开发可持续性的替代材料，优化电极结构和制备工艺，以及发展表面涂层技术等方面。
通过不断的研究和创新，相信锂离子电池电极材料的性能将会得到进一步的提升，推动锂离子电池在能源储存领域的广泛应用。
锂离子电池材料详解电芯课件.ppt
电解液在存储时间足够长，温度足够高时都会变色，因为
反应产生的PF5和其它反应产物都有颜色。
19
谢谢！
20
电用了安全性差，二次锂电一般不加在电解液中，而是用LiPF6。
有机溶剂：由于锂电池的电压为3－4V，而水的分解电压为
1.23V，所以不能用水做溶剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有 机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸乙烯脂）、DEC（二乙烯 碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。
是在热冲击性能方面，隔膜的收缩率和工艺设计余量影响 很大。
18
5：锂电池用电解液
分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质
电解质：
LiAsF6、LiPF6、LiClO4、 LiBF4等，从导电率、热稳定性和
耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用。高氯酸锂安全性不好，
热稳定性差，加温易分解爆炸，而且其导电率低，用了装下活性物质的量；越
大越好，在单位体积内可使负极活性物质装的更多；
D50：要求在18－20微米之间，越小比表面积越大，
越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；
6
天然石墨
天然石墨在电池中的优缺点
优点：石墨化度高，理论比容量高； 缺点：循环寿命差，要在其表面进行包覆才能使用 （沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）； 天然石墨改性。
r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%
碳负极材料的比容量
比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372 mAh/g 其计算方法如下：
金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂的原子量为6.94，碳的原 子量是12.01, 3860＊6.94/（12.01＊6）＝372 mAh/g 。
锂离子电池负极材料课件
硅基材料
硅基材料具有极高的可逆容量和较低的电极电位，适用于高 能量密度电池。
但硅基材料的体积效应较大，循环性能较差，且制备成本较 高。
氮化物材料
氮化物材料具有较高的可逆容量和良好的电导率，适用于高倍率放电和高温存储 。
但氮化物材料的制备成本较高，且循环性能有待提高。
CHAPTER 03
锂离子电池负极材料的性能要求
锂离子电池负极材料的发展前景
技术进步
随着科研技术的不断进步，锂离子电池负极材料的性能将得到进一步提升。新型负极材料的研发将有助于提高电池的 能量密度、循环寿命和安全性能。
市场需求增长
随着电动汽车和可再生能源市场的不断扩大，锂离子电池负极材料的市场需求将持续增长。这为负极材料产业的发展 提供了广阔的空间。
03
技术创新机遇
面对挑战，技术创新成为关键。通过 研发新型负极材料、改进生产工艺和 提高回收利用效率，企业能够抓住机 遇，推动锂离子电池负极材料产业的 可持续发展。
THANKS
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安全性能
热稳定性
负极材料在高温或短路等异常情 况下的热稳定性对电池的安全性 至关重要。高热稳定性的负极材 料能够降低电池燃烧或爆炸的风
险。
化学稳定性
负极材料在充放电过程中应保持 化学稳定性，避免与电解液或其 他材料发生不良反应，从而降低
电池的安全风险。
机械稳定性
负极材料在充放电过程中应保持 较好的机械稳定性，以防止电池 内部结构变化导致短路或破裂等
环保政策推动
在全球范围内，环保政策日益严格，鼓励使用清洁能源和电动汽车。这将进一步推动锂离子电池负极材 料的发展和应用。
锂离子电池负极材料的挑战与机遇
01
锂离子电池概述、材料、工作原理及应用PPT课件教案与资料
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的充电方法
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的放电特性
在较高放电率下(1.0 C以上)，虽然放电 电压有所下降，但 截止到2.5V终止电 压时的放电容量却 降低很少。
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的高温性能
电池充电结束后，将电池放入 60±2 ℃ 的高温箱 中恒温 2h ，然后以 1C5A 电流恒流放电至 2.75V 。放 电时间不小于 54 分钟。后将电池取出在环境温度 20±5 ℃ 的条件下搁置 2h, 电池外观无变形、无爆裂。
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的充电原理
恒压充电阶段 当电池电压达到4.2V时，达到了 电池承受电压的极限。这时应以 4.2V的电压恒压充电。这时充电 电流逐渐降低。当充电电流小于 30mA时，电池即充满了。这时 要停止充电。否则，电池因过充 而降低寿命。恒压充电阶段要求 电压控制精度为1%。依国家标 准，锂离子电池要能在1C的充电 电流下，可以循环充放电500次 以上。依一般的电池使用三天一 充。这样电池的寿命应在4年。
4、价格昂贵。
一般认为，锂离子电池起火爆炸是由于其内部化学原理和成分导致的。由于人 们想在单位密度中储存更多的能量，这就导致了锂离子电池中碳、氧和易燃液体的 含量不断增加。与此同时除了正极、负极以及隔离膜之外，锂离子电池内部还充满 了一种非常易燃的液体—锂盐类电解质。电池充电时，负极的锂离子向正极移动， 电池在使用过程中，锂离子又回到负极以提供能量。在充完电的状态下，失去大部 分离子的负极非常不稳定。这个温度足以使负极分解和释放氧。随着热量积蓄，电 池将会进入“热失控”状态。此时电池内部的温度将会极快地升高，最后到达电解 液的燃点而起火爆炸。在最近导致众多大厂笔记本电脑过热和起火的SONY锂电池 中，正是因为在电池制造过程中混入了过多的金属颗粒，容易在电池使用过程中发 生短路、产生火花。才导致了这些锂离子电池的不稳定。
锂离子电池的正极成分
锂离子电池的正极成分锂离子电池的正极成分是由锂离子嵌入或脱出的材料组成的。
正极材料是锂离子电池中的关键部分，直接影响着电池的性能和使用寿命。
锂离子电池的正极材料主要包括锂钴酸锂（LiCoO2）、锂镍酸锂（LiNiO2）、锂铁酸锂（LiFePO4）和锂锰酸锂（LiMn2O4）等。
每种正极材料都有其独特的特点和适用范围。
锂钴酸锂是最常用的正极材料之一，具有高能量密度和较高的工作电压。
它在手机、笔记本电脑等小型电子设备中得到广泛应用。
然而，锂钴酸锂存在稳定性差、价格高昂以及对环境的影响等问题。
锂镍酸锂的特点是能量密度较高，循环寿命较长，但价格相对较高。
它在电动汽车、电动工具和储能系统等领域有着广泛的应用。
锂铁酸锂是一种相对安全性较高的正极材料，具有优异的循环寿命和热稳定性。
它在电动车辆和储能系统等领域得到了广泛应用。
锂锰酸锂是一种廉价的正极材料，具有良好的循环寿命和较高的放电容量。
它在一些低成本应用中被广泛采用。
除了以上几种常见的正极材料外，还有一些新型的正极材料正在被研发和应用。
例如，锂钴镍酸锂（LiCoNiO2）和锂镍钴锰酸锂（LiNiCoMnO2）等复合材料，可以兼顾能量密度、循环寿命和安全性。
正极材料的选择对锂离子电池的性能有着重要影响。
不同的正极材料具有不同的充放电特性、嵌脱锂能力、循环寿命和安全性。
因此，在设计和制造锂离子电池时，需要根据具体应用需求来选择适合的正极材料。
正极材料的制备工艺也对锂离子电池的性能有着重要影响。
正极材料的粒度、结构和纯度等因素都会对电池的性能产生影响。
因此，制备工艺的优化和改进也是提高锂离子电池性能的重要途径之一。
锂离子电池的正极材料是决定电池性能的重要因素之一。
不同的正极材料具有不同的特点和适用范围，根据具体应用需求选择合适的正极材料和制备工艺，可以提高锂离子电池的性能和使用寿命。
未来，随着科技的不断进步和新材料的开发，锂离子电池的正极材料将会不断创新和优化，为各个领域的应用带来更多可能性。
锂离子电池材料
锂离子电池材料锂离子电池是目前广泛应用于电子设备、电动车和储能系统中的一种重要电池技术。
它具有高能量密度、长循环寿命、轻量化等优点，被广泛认可为高性能可再充电电池的最佳选择。
而锂离子电池的性能主要取决于其正负极材料的性能。
本文将介绍锂离子电池中的正负极材料，并对其进行详细的分析和讨论。
一、正极材料锂离子电池的正极材料是电池中存储锂离子的地方，直接影响到电池的能量密度、容量和循环寿命等关键性能参数。
1. 钴酸锂（LiCoO2）钴酸锂是最早应用于商业锂离子电池中的正极材料。
它具有良好的循环寿命和较高的能量密度，但价格昂贵和资源稀缺。
此外，钴酸锂的热稳定性较差，容易发生热失控和安全问题。
2. 镍酸锂（LiNiO2）镍酸锂具有较高的理论电容量，是目前商业锂离子电池中常用的正极材料。
它具有较高的能量密度和较低的成本，但循环寿命较钴酸锂稍差。
3. 锰酸锂（LiMn2O4）锰酸锂是一种廉价、丰富的正极材料。
它具有良好的循环寿命和较高的安全性能，但能量密度较低。
因此，锰酸锂常被用于低成本、大容量的锂离子电池应用中。
4. 铁酸锂（LiFePO4）铁酸锂是一种相对新近的正极材料，具有较高的循环寿命和良好的安全性能。
它的理论电容量较低，但能量密度较高。
铁酸锂也是一种廉价、丰富的材料，因此在电动车领域得到了广泛应用。
二、负极材料锂离子电池的负极材料主要是用于存储和释放锂离子的地方，直接影响电池的容量、充放电速率和循环寿命等性能。
1. 石墨石墨是最常用的负极材料，具有较高的容量和较低的成本。
然而，石墨在高速充放电和高温环境下容易发生锂离子插入导致的膨胀和结构破裂，导致电池性能下降。
2. 硅硅是一种高容量负极材料，理论容量是石墨的10倍以上。
然而，硅在充放电过程中容易发生体积膨胀，导致电极松动和结构破裂。
因此，目前研究人员主要关注于硅基复合材料，以提高硅材料的充放电循环寿命和结构稳定性。
3. 锡锡是一种相对较低容量的负极材料，但具有较高的充放电速率和循环寿命。
高三锂离子电池知识点
高三锂离子电池知识点锂离子电池是一种常见的电池类型，它在现代社会中广泛应用于各个领域。
作为高三学生，了解和掌握锂离子电池的相关知识点对于我们的学习和未来的发展非常重要。
本文将介绍锂离子电池的基本原理、组成部分以及应用领域。
【一、锂离子电池的基本原理】锂离子电池是一种通过锂离子在正负极之间的移动来实现能量转换的电池。
其基本原理是：在充电过程中，锂离子从正极材料（如锂钴酸锂）脱嵌并通过电解质传输到负极材料（如石墨）中；而在放电过程中，锂离子则从负极材料嵌入正极材料中，从而完成电能的释放。
【二、锂离子电池的组成部分】1. 正极材料：常见的正极材料有锂钴酸锂（LiCoO2）、锂铁酸锂（LiFePO4）等。
正极材料的选择对电池的性能有着重要影响，如容量、循环寿命等。
2. 负极材料：一般使用石墨作为负极材料。
石墨具有良好的锂离子嵌入和释放性能，确保电池的可靠性和长寿命。
3. 电解质：常用的电解质包括有机电解质和聚合物电解质。
电解质的作用是传导锂离子，并阻止正负极材料之间发生直接接触。
4. 隔膜：隔膜用于隔离正负极材料，防止短路。
常见的隔膜材料包括聚乙烯（PE）等。
5. 电池壳体：电池壳体通常由金属材料制成，起到固定和保护电池内部结构的作用。
【三、锂离子电池的应用领域】1. 便携式电子设备：锂离子电池广泛应用于手机、平板电脑、数码相机等便携式电子设备中。
锂离子电池具有高能量密度和较高的电压稳定性，能够满足这些设备的电能需求。
2. 电动汽车：随着环保意识的提升，电动汽车逐渐成为人们关注的焦点。
锂离子电池作为电动汽车的主要动力源，具有高能量密度、重量轻、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车领域。
3. 储能系统：随着可再生能源的发展，储能系统的需求也在不断增加。
锂离子电池可用于对太阳能、风能等能源进行储存，满足能源的平稳供应。
【四、锂离子电池的优缺点】1. 优点：- 高能量密度：相对于其他类型的电池，锂离子电池具有更高的能量密度，可以提供更长的工作时间。
锂离子电池材料基础知识
500
Capacity(mAh/g)
27
Voltage(V)
石墨与电解液的兼容性
不兼容现象
电解液的选择对于材料的电化
SEM
学性能影响非常的显著！
C a p a c ity re te n tio n (% ) v s . C y c le 1 C /1 C
110%
105%
F a d in g (% )
16
掺杂在不同材料中的应用
3、掺杂在LiMn2O4中的应用
➢ Li－改善循环性 ➢ Cr, Co－结构稳定性与高温循环性 ➢ Al－结构稳定性与高温循环性
4、掺杂在LiNi1-xCoxO2中的应用
➢ Al－热稳定性与循环稳定性 ➢ Mg－循环性
5、掺杂在LiFePO4中的应用 ？锂位的掺杂提高材料的电导率
6
内容提要
正极材料的结构及电化学特征; 正极材料的制备及改性方法.
7
正极材料应具备的特性
1> 具备低Fermi能级和低锂离子位能,可提供高 的电池电压;
2> 单位质量的材料能允许尽可能多的锂离子进 行可逆脱嵌,
可提供高的电池容量;
3> 锂离子在材料中的化学扩散系数高,具有快 速充放电能力;
4> 在整个锂离子的脱嵌过程中,材料的主体结 构和体积变化小,
26
石墨与电解液的兼容性
V oltage(V )
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0
E8 electrolyte
1st charge 1st discharge 2nd charge 2nd discharge
锂离子电池原料
锂离子电池原料锂离子电池是一种使用锂离子作为电荷载体的充电电池，其广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
作为一种高性能电池，锂离子电池的性能与其原料密切相关。
本文将介绍锂离子电池的原料及其特点。
1. 正极材料正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，主要负责储存和释放锂离子。
目前常用的正极材料有三种：钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂。
钴酸锂具有高能量密度和循环寿命长的优点，但成本较高；镍酸锂具有高比能量和循环寿命长的特点，但容易发生自热而引发安全问题；锰酸锂具有较高的循环寿命和较低的成本，但比能量较低。
不同的应用领域会选择不同的正极材料，以满足不同的需求。
2. 负极材料负极材料是锂离子电池中另一个重要的组成部分，主要负责储存和释放锂离子的反应。
目前常用的负极材料有石墨和硅。
石墨具有稳定性好、循环寿命长的优点，但比容量较低；硅具有高比容量的特点，但容易发生体积膨胀而引发安全问题。
研究人员正在不断探索新的负极材料，以提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
3. 电解液电解液是锂离子电池中起连接正负极、传递离子的作用的介质。
常用的电解液是有机溶剂和盐类溶液的混合物。
有机溶剂通常是碳酸酯类、酯类或醚类溶剂，盐类溶液通常是锂盐的溶液。
电解液的选择要考虑到其导电性、稳定性和安全性等因素。
4. 隔膜隔膜是锂离子电池中将正负极隔离开的组件，防止短路和电池内部反应的发生。
隔膜通常由聚合物材料制成，具有良好的离子传导性和机械强度。
隔膜的选择要考虑到其离子传导性、热稳定性和耐化学品性等因素。
5. 电池壳体电池壳体是锂离子电池的外包装，主要起到保护电池内部组件的作用。
电池壳体通常由金属材料制成，如铝合金或钢板。
电池壳体的选择要考虑到其强度、导电性和防腐性等因素。
6. 其他材料除了上述的主要原料外，锂离子电池还包括其他辅助材料，如电极粘合剂、导电剂和添加剂等。
这些材料在电池的制造和性能方面起到重要的作用，如提高电池的循环寿命、安全性和性能稳定性等。
锂离子电池材料
锂离子电池材料
锂离子电池的材料主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。
1.正极材料：是锂离子电池中最为关键的部分，决定了电池的性能和寿命。
常见的正极材料包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）和三元材料（NCM和NCA）。
每种材料都有其独特的特性和应用场景，例如钴酸锂具有高能量密度和良好的循环稳定性，主要用于小型消费电子产品；锰酸锂则具有低成本和高安全性，主要用于低功率的动力电池和储能电池；磷酸铁锂具有高安全性、长寿命和环保性，主要用于大功率的动力电池和储能电池；三元材料则具有高能量密度和良好的循环性能，主要用于高功率的动力电池和储能电池。
2.负极材料：主要包括石墨、硬碳和软碳等碳材料，以及钛氧化物、锡基复合材料等。
石墨是最常用的负极材料，具有高容量和良好的电导性，但与PC基电解液的相容性差，需要经过碳包覆改性后提高其结构稳定性和电化学性能。
3.电解液：是锂离子电池中的传输媒介，负责锂离子的迁移。
它主要由锂盐、有机溶剂和添加剂组成。
常用的锂盐有六氟磷酸锂（LiPF6），有机溶剂可以使锂盐电解质形成可导电的离子，添加剂则起到改进和改善电解液电性能和安全性能的作用。
4.隔膜：是分隔正极和负极的材料，防止两极直接接触而短路。
隔膜需要具有高度的透气性，以使锂离子能够有效地迁移，同时需要有良好的电阻特性。
此外，为了满足不同应用的需求，锂离子电池还被设计成多种不同的形状和规格，例如圆柱形、方形和软包装等。
每种形状和规格的电池都有其特定的应用场景，例如圆柱形电池常用于移动电源、手电筒等产品，方形电池常用于手机、笔记本电脑等电子产品，而软包装电池则适用于需要弯曲变形的场景，如可穿戴设备等。
锂离子电池材料与制备书
锂离子电池材料与制备书
锂离子电池是一种常见的可充电电池，其正极材料、负极材料和电解液的选择对电池性能至关重要。
以下是关于锂离子电池材料和制备的概述：
1. 正极材料：
- 常用的正极材料包括锂钴酸锂（LiCoO2）、锂铁磷酸锂（LiFePO4）和锂镍锰酸锂（LiNiMnCoO2）。
这些材料具有高比能量、良好的循环寿命和稳定性。
- 正极材料的制备通常是通过固相合成或湿法制备的方法来实现的。
其中，固相合成是最常见的方法之一，它涉及到原料的混合、球磨和烧结等步骤。
2. 负极材料：
- 常用的负极材料是石墨（graphite），它可以插入和释放锂离子。
此外，也有其他材料如硅基材料和锡基材料等被研究用于提高电池容量。
- 石墨作为负极材料一般是经过浸渍、干燥和烘烤等多个步骤制备而成。
3. 电解液：
- 锂离子电池的常用电解液是含有锂盐（如锂六氟磷酸盐、锂硼酸盐等）和有机溶剂（如碳酸酯、碳酸醇等）的混合物。
- 通常，电解液的制备包括将锂盐溶解在有机溶剂中，并通过过滤和脱水等工艺净化和处理。
4. 制备步骤：
- 锂离子电池的制备一般包括正极材料的制备、负极材料的制备、电解液的制备以及电池组装和封装等步骤。
- 在制备过程中，需要注意材料的纯度和纳米级粒子的控制，以确保电池具有良好的性能和可靠性。
总的来说，锂离子电池的材料与制备是一个复杂的过程，涉及到多个步骤和材料。
随着科技的发展，人们对于电池材料性能提升和制备工艺的研究也在不断深入。
锂离子电池所需材料
锂离子电池所需材料锂离子电池材料：1. 正极活性材料：锂金属、锂离子介质、正极活性材料；①锂金属：它是最常用的一种电池正极活性材料。
其优势在于具有高的理论比容量、低的特征电位和理想的循环性能，因此，它已被广泛用于各种不同规格的锂离子电池。
②锂离子介质：常见材料有乙酸、柠檬酸、甲酸、苯基二甲酸和碳酸锂。
它们共同作用为锂离子在正负极之间提供承载渠道，使其移动变得更加稳定,同时，它们的催化效应可以促进电解液的电化学反应放热。
③正极活性材料：主要包括离子晶体、钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、铁锰酸锂、镍钴锰氧化物和锆等离子液体或固态离子液体。
它们可以被用来多次地存储和释放电能，并且在使用期间可以提供良好的循环性能和耐久性。
2. 负极活性材料：金属锂、活性碳和复合材料；①金属锂：金属锂是电池负极的最常用的活性材料之一。
当电池充电时，金属锂会脱去一个电子，形成锂离子，而电池放电时，锂离子会受到正极活性材料的吸引，回到金属锂表面，形成锂金属。
②活性碳：活性碳是一种常用的负极活性材料，它具有广泛的电催化活性，能够快速吸附和释放锂离子。
活性碳也具有可逆电化学反应性，使电池放电时放出更多的电能，从而提高锂离子电池的比能量。
③复合材料：它们是一种混合材料，由活性碳和金属锂组成，以获得良好的整体性性能。
另外，由于复合材料可以形成一种电化学反应界面，既可以提高金属锂的表面反应性，又可以使活性碳充电更为有效。
3. 集流体：聚合物、金属网络和金属板材；①聚合物：聚合物集流体具有良好的电化学稳定性和流动性，能够平均地分布电解液在正负极间，从而保证电池正常运行。
②金属网络：这些网络由很薄的金属膜制成，可以把正负极的活性材料更好地分布开来，使锂离子电池具有很高的效率和安全性。
③金属板材：它由轻金属制成，既可以延长电池使用寿命，又可以把电池内部各层之间牢固地连接起来，以增强电池结构的稳定性。
4. 阻燃剂：用于降低或阻止电解液燃烧；①碳酸钠：它是一种常见的阻燃剂，能有效地抑制电解液燃烧，通过把火花覆盖表面，减缓可燃反应扩散的进程，从而抑制过热。
锂离子电池材料的研究与应用
锂离子电池材料的研究与应用锂离子电池是一种重要的储能装置，其材料的研究和应用在电动汽车、智能手机、智能穿戴设备、电子书等领域有着广泛的应用。
本文将就锂离子电池材料的研究与应用进行详细介绍。
文章分为三个部分：一、锂离子电池的基本工作原理；二、锂离子电池的主要材料介绍；三、锂离子电池材料的应用。
一、锂离子电池的基本工作原理锂离子电池是以锂离子在正负极间迁移作为电化学反应的储能装置。
它的基本工作原理是正极材料（如LiCoO2，LiMn2O4等）被氧化，负极材料（如石墨）被还原，并吸收和释放锂离子，在电池两端产生电流输出电能。
锂离子电池是一种可充电电池。
其充电过程是正向反应，即正极材料被锂离子氧化，负极材料的锂离子被还原并储存，电池内电势差降低；放电过程是反向反应，即正极材料的锂离子被还原并储存，负极材料的锂离子被氧化并释放，电池内电势差升高。
锂离子电池的电化学反应基本上是在电解液中进行的。
电解液通常是有机溶剂，如碳酸酯、甲醇、乙腈等，其中溶解锂盐，如LiPF6，LiClO4，LiBF4等。
电解液不仅是电解质，还需要能够使得离子能够快速穿过介质，例如还需要具有高的离子导电性。
二、锂离子电池的主要材料介绍锂离子电池主要分为四个组成部分：正极材料、负极材料、电解液和隔膜。
其中，正极材料和负极材料是电池的核心部分，影响了电池的性能，也是材料研究和开发的主要方向。
1. 正极材料正极材料是电池中的氧化剂，通常有LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等多种材料。
它们的特点具有高比能量、高工作电压、稳定性强等，但同时也存在周期性容量衰减、放电平台不平稳等问题。
因此，锂离子电池材料的研究主要集中在提高能量密度和循环寿命上。
2. 负极材料负极材料是电池中的还原剂，通常有石墨、锡钴氧化物、钛酸锂等多种材料。
石墨是当前应用最广泛的材料，具有较高的比容量、较高的导电性、较高的可靠性等特点。
但同时也存在自放电、容量损失等问题。
锂离子电池材料解析
锂离子电池材料解析
锂离子电池是一种常见的电池类型，其材料主要包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜。
1. 正极材料：常用的正极材料有锰酸锂（LiMn2O4）、钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）等。
正极材料是锂离子电池
中的能量储存部分，其结构和性能会直接影响电池的容量和循环寿命。
2. 负极材料：常用的负极材料可以是石墨（碳）或者锂合金，如石墨（LiC6）、锂钛酸锂（Li4Ti5O12）等。
负极材料是锂
离子电池中的“负极反应”部分，用于储存和释放锂离子。
3. 电解质：电解质是用于传递锂离子的介质，常用的电解质有有机液体电解质和固态电解质。
有机液体电解质一般是溶解锂盐（如LiPF6）的有机化合物，而固态电解质可以是聚合物电
解质或者陶瓷电解质。
4. 隔膜：隔膜是正极和负极之间的隔离层，防止直接接触而发生短路。
常用的隔膜有聚烯烃膜（如聚丙烯膜）、聚合物纳米复合膜等。
以上是锂离子电池常见的材料组成。
锂离子电池的性能与这些材料的选择和质量密切相关，因此对材料的研发和优化的进展对于提高电池的性能和寿命具有重要意义。
锂电池材料简介
锂电池材料简介
锂电池作为一种高能量密度、长寿命、环保的电池，在现代电子产品和电动汽车等领域得到了广泛应用。
其中，锂电池材料是锂电池的重要组成部分，主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜等。
正极材料是锂电池中存储正极离子的地方，常用的材料有钴酸锂、三元材料、钛酸锂等。
钴酸锂能够提供高能量密度和较高的放电电压，但价格昂贵，环保性较差；三元材料综合性能较为优秀，是目前电动车市场上的主流正极材料；钛酸锂具有高温稳定性和较好的安全性能，适用于高温环境和安全性要求较高的电池。
负极材料则是存储负极离子的地方，常见的材料有石墨、硅等。
石墨作为负极材料具有良好的循环性能和稳定性，但放电容量低；硅具有较高的放电容量，但容易发生体积膨胀，导致电池寿命较短。
电解液是电池中传递离子的介质，一般由有机溶剂和盐类组成。
选择合适的电解液可以提高电池的性能和安全性能。
目前常用的电解液有碳酸酯类、磷酸盐类、氟磺酸类等。
隔膜则是隔离正负极材料的地方，防止短路和电池过热等安全问题的发生。
常用的隔膜材料有聚丙烯、聚酰亚胺、陶瓷等。
总之，锂电池材料的选择和设计是影响电池性能和安全性能的关键因素之一，需要综合考虑多种因素来进行合理的搭配和组合。
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• 到 2000 年，锂离子电池上升到55%，氢镍 电池下降到 23%，镍镉电池下降到 22%。 • 2003 年锂离子电池进一步上升到 69%，世 界锂离子电池产量为 12.55 亿只, 氢镍电池 下降到10%，镍镉电池下降到 20%。氢镍 电池急剧下降是由于失去手机电池市场， 镍镉电池仍维持 20%左右的份额是由于它 仍是电动工具市场的主流产品。
ee-
Li+ charge
+
ee-
Li+
discharge
LixC6 Graphite
Li+ conducting electrolyte
LiCoO2
• Electrode reactions on charge:
Cathode oxidation : LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xedischarge is the opposite Anode reduction : xLi+ + xe- + C6 LixC6
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1990年日本索尼公司采用可以使锂离子嵌入和
脱嵌的碳材料代替金属锂和采用可以脱嵌和可逆
嵌入锂离子的高电位氧化钴锂正负极材料和与正
负极能相容的LiPF6 –EC + DEC电解质（乙烯碳酸
脂（EC）加入不同的醚和线性碳酸脂而形成EC电
解液体系）后，终于研制出新一代实用化的新型
锂离子蓄电池。
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• 锂离子电池1990 年问世以来发展十分迅速，在短短几年内， 在各种不同领域不断取代铅酸电池、镍镉电池及氢镍电池。 • 1995年，镍镉电池的销售额占整个小型充电电池市场的 60%， 氢镍电池占 29%，锂离子电池只占 12%。
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• 1996 年美国Bellcore公司公开报导了一种采用聚偏氟乙烯 （PVDF）凝胶聚合物电解质制造成的聚合物锂离子电池。 这种电池由于其重量轻、安全性高而受到人们的青睐；此 外，它还可以设计成任意形状，且可以不用金属外壳，适 合作为各类电子设备的支撑电源。M.Gauthier等人对聚合 物锂离子电池在不同温度下做了六年以上的贮存实验，发 现在低于 40℃下几乎没有显著的自放电现象。 • 基于这些认识，国际上一些著名的集团和企业，如美国的 USABC、3M，法国的CNRS和日本的SONY等纷纷致力 于聚合物锂电池的开发及生产，以寻求技术和市场的先机。 • 之后，锂离子电池的研究，如材料的各种合成方法、可逆 电极反应机理、电解质的研制、各种电化学测试及结构测 试等研究迅速展开。
正温 度系 数的 电阻 元件
安全阀
卷边压缩密封
此结构一般为 液态锂离子电 池所采用,也 是最古老的结 构之一，偶尔 在较早的手机 上还能找到它 的影子。目前 大多数用在笔 记本电脑的电 池组里面。
激光焊接
方形电池的正极往往是一种金属—陶瓷或金属—破 璃绝缘子．它实现了正极与壳体之间的绝缘。
现今最普遍的液 态锂离子电池形 态， 广泛的应 用在各个移动电 子设备的电池组 里面，特别是手 机电池。左图画 面是sanyo生产 的UP383450， 即 3.8mm*34mm*5 0mm，标称容 量达到650mAh。
第五讲
锂离子电池材料
第一部分
锂离子电池基本知识
1. 1 锂离子二次电池的概况
锂是金属中最轻的元素，且标准电极电位为-3.045 V，是金 属元素中电位最负的一个元素。且锂离子可以在TiS2和 MoS2等嵌入化合物中嵌入或脱嵌。 锂离子电池：分别用二个 能可逆地嵌入与脱嵌锂离 子的化合物作为正负极构 成的二次电池。人们将这 种靠锂离子在正负极之间 的转移来完成电池充放电 工作的独特机理的锂离子 电池形象地称为“摇椅式 电池”，俗称“锂电”。
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1.3 锂离子电池的种类
根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为 1、液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB) 2、聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)
500～1200 1500 6-9 无 无 高电压，高比能，自 放电小，污染小 成本高
锂离子电池的优点
• LIB电池具有工作电压高、比能量高、容量大、循环 特性好、重量轻、体积小等优点，而且LIB无记忆效 应，不需将电放尽后再充电；LIB自放电小，每月在 10％以下，Ni/MH电池自放电一般为30％-40％。
• 2004 年上升到 15.78 亿只
• 2007 年锂离子电池产量达到 26 亿只
• 预计 2007－2015 年的平均增长率为 7%。全球锂离 子电池的生产以日本公司为主，SONY公司最多， 还有SANYO、NEC，韩国的LG、SAMSUNG，美 国的GS、A&T和Maxell以及中国ห้องสมุดไป่ตู้比亚迪、比克、 力神等公司。
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锂离子电池的市场1
全世界锂离子电池应用分析
(单位：百万颗) 应用别 笔记型计 算机 数字调制 解调器 行动电话 摄录像机 1997 74.8 0.9 93.7 18 0.7 3.6 3.3 195 1998 105.9 1.8 124.4 22.3 1.6 5.7 4.8 266.5 1999 155.1 2.8 167.9 27.2 1.7 8.6 6 369.3 2000 191.8 5.2 143.1 35.4 2.9 13.4 7.7 399.5 2001 241.4 8.8 188.9 44.2 3.5 17.3 8.6 512.7 2002 296.1 11 238 53.6 4.2 22 11.2 636.1 2003 367.4 16.9 285.6 55.1 5 27.4 12.5 769.9 所占比例 (%) 47.7 2.2 37.1 7.2 0.7 3.6 1.6 100
电化学原理
LIB电池是一种Li离子浓度差电池，充放电中，Li离子 在正负极之间往返嵌入和脱嵌。
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• 充电时， Li 离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，
嵌入负极，使负极处于富 Li 离子态，正极处于贫 Li
态；放电时，Li离子从负极脱嵌进入正极。
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“Rocking chair” Li-ion Battery M.Armand 1980
134～155
240 49～60 70 1.2 1.4～1.0 500 1000 25-30 有 有 高功率，快充，成本 低 记忆效应，Cd污染
190～197
280 59～70 80 1.2 1.4～1.0 500 1000 30-35 有 无 高功率，高比 能，污染小 成本高，自放 电大
现在 将来
第二部分 锂离子电池的原理和特性
2.1 锂离子电池的结构
锂离子电池的额定电压为3.7V。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2.75V。如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.75V 后还继续使用，则称为过放电，对电池有损害。
锂离子电池比较骄贵。如果不满足其充电及使用要求， 很容易出现爆炸，寿命下降等现象。因为锂离子电池对温 度、过压、过流及过放电很敏感，所以所有的电池内部均 集成了热敏电阻（监控充电温度）及防过压、过流、过放 电保护电路。
锂离子电池与其它二次电池性能比较
性能 电池 阶段 Li-Ion Ni/Cd Ni/MH
能量密度
(Wh/L) 比能量(Wh/kg) 平均电压（V） 电压范围（V） 使用寿命 （次） 自放电率（%/ 月） 有无记忆效应 有无污染 优点 缺点
现在
将来 现在 将来
240～260
400 100～114 150 3.6 4.2～3.5
相同点：液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂 离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。一般正极使用LiCoO2，负极 使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜做集流体。 区别：主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚 合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也 可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。
锂离子电池的种类
电解质 液态锂离子电 池 聚合物锂离子 电池
壳体/包装
隔膜
集流体 铜箔（负极） 和铝箔 （正极） 铜箔（负极） 和铝箔 （正极）
液态 胶体聚合 物
不锈钢、铝
25μPE 没有隔膜或个 μPE
铝/PP复合膜
1.4 锂离子电池的应用与发展前景
锂离子电池的应用
手机 中 的 锂离 子
电池
电动
1.2 锂离子二次电池发展历史
• 锂离子电池的研究始于 20 世纪 80 年代。 1980 年阿曼德（Amand）提出了“摇椅 电池” （ Rocking chair ）概念后，日本 SONY和SANYO公司分别于 1985 年和 1988 年开始了锂离子二次电池（Lithium Ion Battery，简称LIB）的研究。这种电 池的正负极均采用可供锂离子自由嵌脱的 活性物质，并以适合于Li+迁移的锂盐溶液 或固体聚合物为电解质。
• 仅2000年，日本就销售了4亿多只Li电池。
移动电话Li电池
数码相机Li电池
笔记本Li电池
5
锂离子电池的缺点
1、安全性能问题：需复杂的保护线路； 2、放电倍率低：1 C ~ 2 C； 3、易于老化：存储的锂离子电池照样会容量衰竭； 4、价格昂贵。