新型二次电池材料(2)
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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。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
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)
锂离子电池的种类
由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体电 液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。也不 会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复 合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚 合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能 量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外,聚合 物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态 锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被 誉为下一代锂离子电池。
1.3.1 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。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的优点
镉镍、氢镍、锂离子蓄电池性能对比
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
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。
放电时：锂离子由 负极中脱嵌，通过 电解质和隔膜， 重 新嵌入到正极中。
由于锂离于在正、负极中有相对固定的空间和位置，因此电池充放
电反应的可逆性很好，从而保证了电池的长循环寿命和工作的安全
性(无树枝状锂形成，避免了内部短路)。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
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1.3 锂离子二次电池
1.3.2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
以LiCoO2体系的锂离子二次电池为例说 明其工作原理。一般，锂离子二次电池是 由正极、电解液、隔膜以及负极构成。充 电时，正极中的锂离子从LiCoO2层状结 构中脱出，Co元素的化合价由＋Ⅲ升高 到＋Ⅳ，正极材料发生氧化反应，同时锂 离子经过电解液迁移到电池的负极，在负 极碳材料的层状结构内和碳化合生成 LiCX。电池在接上负载时，则两电极上 所发生的反应分别为充电时发生反应的逆 反应。隔膜位于正负反应电极之间，隔膜 可以透过离子，但却不允许电子透过，同 时当电池正负极发生一定程度的微短路时， 隔膜还起到阻断保护作用。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的历史
锂在充放电过程中形成树枝状 沉积，导致电池内部短路。
采用可以使锂离子嵌入或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
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1.3 锂离子二次电池
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类 按形状分类：圆柱形、方形和扣式(或钱币形)；
按正极材料分类：氧化钴锂型、氧化镍锂型和氧化锰锂型
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.3 锂离子二次电池
1.3.2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
充电时：锂离子从 正极中脱嵌，通过 电解质和隔膜，嵌 入到负极中；
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 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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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。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
电子技术的发展，对高比能量的移动电源需求量加 剧。锂离子电池是一种理想的可移动电源，具有体积小， 重量轻，放电电压高，比能量大等优点。自从1990年 SONY公司推出世界上第一只锂离子电池，到2001年为 止，整个市场每年约4亿只该类电池用于纯消费类电子产 品。便携式摄像机、移动电话、手提电脑等95％以上使 用锂离子二次电池作为主要电源。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类
电解质
壳体/包装
隔膜
集流体
液态锂离子电池 液态
不锈钢、铝
聚合物锂离子电 池
胶体聚合物
铝/PP复合膜
25μPE
没有隔膜或个 μPE
铜箔（负极） 和铝箔（正 极）
铜箔（负极） 和铝箔（正 极）
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
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1.3.1 锂离子二次电池的概况
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)
锂离子电池的种类
由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体电 液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。也不 会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复 合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚 合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能 量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外,聚合 物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态 锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被 誉为下一代锂离子电池。
1.3.1 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。
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1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的优点
镉镍、氢镍、锂离子蓄电池性能对比
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
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。
放电时：锂离子由 负极中脱嵌，通过 电解质和隔膜， 重 新嵌入到正极中。
由于锂离于在正、负极中有相对固定的空间和位置，因此电池充放
电反应的可逆性很好，从而保证了电池的长循环寿命和工作的安全
性(无树枝状锂形成，避免了内部短路)。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
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1.3 锂离子二次电池
1.3.2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
以LiCoO2体系的锂离子二次电池为例说 明其工作原理。一般，锂离子二次电池是 由正极、电解液、隔膜以及负极构成。充 电时，正极中的锂离子从LiCoO2层状结 构中脱出，Co元素的化合价由＋Ⅲ升高 到＋Ⅳ，正极材料发生氧化反应，同时锂 离子经过电解液迁移到电池的负极，在负 极碳材料的层状结构内和碳化合生成 LiCX。电池在接上负载时，则两电极上 所发生的反应分别为充电时发生反应的逆 反应。隔膜位于正负反应电极之间，隔膜 可以透过离子，但却不允许电子透过，同 时当电池正负极发生一定程度的微短路时， 隔膜还起到阻断保护作用。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的历史
锂在充放电过程中形成树枝状 沉积，导致电池内部短路。
采用可以使锂离子嵌入或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
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1.3 锂离子二次电池
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类 按形状分类：圆柱形、方形和扣式(或钱币形)；
按正极材料分类：氧化钴锂型、氧化镍锂型和氧化锰锂型
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1.3 锂离子二次电池
1.3.2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
充电时：锂离子从 正极中脱嵌，通过 电解质和隔膜，嵌 入到负极中；
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 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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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。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
电子技术的发展，对高比能量的移动电源需求量加 剧。锂离子电池是一种理想的可移动电源，具有体积小， 重量轻，放电电压高，比能量大等优点。自从1990年 SONY公司推出世界上第一只锂离子电池，到2001年为 止，整个市场每年约4亿只该类电池用于纯消费类电子产 品。便携式摄像机、移动电话、手提电脑等95％以上使 用锂离子二次电池作为主要电源。
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类
电解质
壳体/包装
隔膜
集流体
液态锂离子电池 液态
不锈钢、铝
聚合物锂离子电 池
胶体聚合物
铝/PP复合膜
25μPE
没有隔膜或个 μPE
铜箔（负极） 和铝箔（正 极）
铜箔（负极） 和铝箔（正 极）
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1.3 锂离子二次电池
1.3.1 锂离子二次电池的概况