水系锂离子电池容量衰减机理课件

离
40wh/kg，大于铅酸电池(30wh/kg)，与Ni一cd电池相当。但循
子
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
电
分解，电极材料在水溶液里的溶解，和电极材料的结构变化。
池
并指出V02/LiMn204体系衰减得主要原因是VO2电极在电解液里 的溶解。
电极反应方程式为：
水系锂离子电池容量衰减机理
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.
水系锂离子电池容量衰减机理
65%，100次充放电循
环后，放电容量保持
率为36%。
LiTi2(PO4)3/Li2SO4/LiFeP O4 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.
水 系 （锂） 电 池 的 调 研 报 告
水系锂离子电池容量衰减机理
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
水系锂离子电池容量衰减机理
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
正极：
系
的具有层状或隧道结构 负极：
锂 离
的活性物质作为正、负 极，其电池反应的实质
（6-8%/月）
✓ 无记忆效应
水系锂离子电池容量衰减机理
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。
水系锂离子电池容量衰减机理
第 二
水系锂离子电池的理论基础
章
Li Wu等人
水
根据理论实验研
章
非
➢ 非水系电池的缺点：
水 系
➢ 非水系电池的优点：
✓ 内部阻抗高，其电导率比水溶液小两 个数量级
锂 离
✓ 高比能量
子
（130-200wh/kg）
电
✓ 难以实现大电流放电 ✓ 生产条件要求苛刻，成本高 ✓ 存在严重的安全隐患
池
✓ 高比功率
（1800w/kg）
✓ 长循环寿命
（500-1000次）
✓ 低自放电
系
究和实验证明，
锂 离 子
提出选择合适锂 嵌脱电位的材料 作为电池正负极 和调节电解液的
电
PH值，利用水溶
池
液作为电解液具
有可行性。
水系锂离子电池容量衰减机理
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水 系 锂
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 量密度为75Wh/kg，实际应用中这种电池的能量密度接近
水系锂离子电池的发展历程
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
水系锂离子电池容量衰减机理
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水
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
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
由于VO2比较昂贵，LI Wu等人提出一种成本低廉的方法就
水
是两个电极都采用LiMn2O4。LiMn2O4/γ-Li0.36Mn2O4电池的平均
系 锂 离
电压为0.8v，能量密度达40Wh/kg,虽然其能量密度小于 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。
系
的循环性能。用XRD分析表明在充放电过程中，锂离子在Zn、
锂
MnO2间可逆嵌脱。
离
子Hale Waihona Puke Baidu
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
子
电
池
水系锂离子电池容量衰减机理
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
水
2007年，复旦大 学吴宇平教授小组报
系 锂
道负极采用LiV3O8， 正极采用LiCoO2，电
离
解质溶液为LiNO3溶液
子
的水系钾离子电池，
电
平均工作电压1.05V，
池
放电容量约55mAh/g， 40次充放电循环后，
放电容量保持率为
第 二
水系锂离子电池的发展历程
章
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
水
系锂离子电池。其中TiP2O7 / LiNO3 /LiMn204水系锂离子电池平均工作
系 锂 离
电压1.40V，放电容量约42mAh/g，10次充放电循环后，放电容量保持 率为85%; 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%。
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。
水系锂离子电池容量衰减机理
第 二
总反应：
子 电 池
是一个锂离子的浓差电 池：在电池充电时，锂
离子从正极嵌锂化合物
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，正极活性物为 富锂状态。
水系锂离子电池容量衰减机理
第 一
非水系锂电的性能比较
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
电容量保留70%。
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第 二