毕业设计（论文）聚合物锂离子电池的研究现状.doc

聚合物锂离子电池的研究现状目录摘要 1第一章 聚合物锂离子电池发展史 2第二章 聚合物锂离子电池的概述 32.1聚合物锂离子电池的基本结构与分类 32.1.1聚合物锂离子电池的基本结构 32.1.2聚合物锂离子电池的分类 32.2聚合物锂离子电池的工作原理 42.3聚合物锂离子电池的正负极材料 52.3.1聚合物锂离子电池的正极材料 52.3.2聚合物锂离子电池的负极材料 52.4聚合物锂离子电池的特点 6第三章 聚合物锂离子电池产业现状与发展趋势 73.1聚合物锂离子电池正确使用 73.2聚合物锂离子电池产业环保现状及存在的问题 83.3解决环保问题的关键举措是全面实施电池回收政策 93.4我国对聚合物锂离子电池产业的发展设想 9第四章 聚合物锂离子电池的应用 114.1电子产品 114.2交通工具 114.2.1现代汽车 124.2.2 电动自行车 124.3航空航天 134.4军事 134.5 其它 134.5.1 医疗 144.5.2 电力储存系统 144.5.3 其它方面 14结 论 15参考文献 16致 谢 17I摘要聚合物锂离子电池是将电能转换为化学能储存起来，又能将化学能转换为电释放出去的一种电化学装置，其生产制造的专业化程度较高。

在工序产品特性的形成过程中，有诸多的物理变化与化学变化，相互交织及电能、化学能、热能和机械能的相互转化聚合物锂离子电池是指其中的Li+嵌入和脱出正极材料的一种可重放电的高能电池[关键词] 聚合物锂离子电池 结构 分类 工作原理 优缺点 第一章 聚合物锂离子电池发展史任何事物的诞生都有一定的背景，锂离子电池的产生同样也离不开这一点20世纪60～70年代发生的石油危机迫使人们去寻找新的能源在20世纪70年代初实现了锂离子电池的商品化在20世纪80年代末以前，人们主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系1980年，Goodenough[1]等提出以氧化钴锂（LiCoO2）为正极材料的锂充电电池，揭开了锂离子电池的雏形1985年发现碳材料可以作为锂充电电池的负极材料，发明了锂离子电池，1986年完成了锂离子电池的原形设计20世纪80年代末、90年代初，Moli[2]公司和Sony公司发现用具有石墨结构的碳材料取代金属锂负极，正极采用锂与过渡金属的复合氧化物如氧化钴锂（LiCoO2）聚合物锂离子电池在1994年诞生，当时是采用凝胶型聚合物电解质，其原理和概念是原Bellcore[3]公司提出的。

后来日本Sony[4]、韩国Samsung[5]等公司在此基础上开发出新型结构的凝胶型聚合物锂离子电池，并在2000年前后进行了生产目前使用的聚合物锂离子电池的原理和充放电过程中进行的电化学反应，除了电解质采用凝胶型聚合物电解质外，实际上与液态锂离子电池基本上一样第二章 聚合物锂离子电池的概述2.1聚合物锂离子电池的基本结构与分类2.1.1聚合物锂离子电池的基本结构(1)正极——钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂(2)隔膜——聚丙烯、聚乙烯微孔膜 (3)负极——Li+单质、Li+合金、石墨化碳材料、非碳负极材料(4)电解液——锂盐和有机溶剂的凝胶型聚合物电解质 (5)外壳五金件——外壳、安全阀、过充过放保护电路图2-1 方形聚合物锂离子电池结构图2.1.2聚合物锂离子电池的分类聚合物锂离子电池可分为三类：(1)固体聚合物电解质锂离子电池电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用 (2)凝胶聚合物电解质锂离子电池即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用 (3)聚合物正极材料的锂离子电池采用导电聚合物作为正极材料，其比能量是现有锂离子电池的3倍，是最新一代的锂离子电池。

由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，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聚合物锂离子(Lithium ion polymer)电池，具有更高能量密度、小型化、薄型化、轻量化、高安全性、长循环寿命与低成本的新型电池因此，在未来2～3年内，聚合物锂电池取代锂离子电池市场的份额将达50% 2.2聚合物锂离子电池的工作原理聚合物锂离子电池充、放电化学反应的原理方程式（以里化合物）如下：　　(-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+) 　　正极反应：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe- （2-1） 　　负极反应：6C+xLi++xe-=LixC6 （2-2） 电池总反应：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 （2-3）图2-2 锂离子电池原理结构聚合物锂离子电池的原理与液态锂相同，主要区别是电解液与液态锂不同。

电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素图2-3新型锂离子电池新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化（ATL电池最薄可达0.5毫米,相于一张卡片的厚度）、任意面积化和任意形状化，大大提高了电池造型设计的灵活性，从而可以配合产品需求，做成任何形状与容量的电池，为应用设备开发商在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性，以最大化地优化其产品性能同时，聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了50%，其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命（超过500 次）与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高2.3聚合物锂离子电池的正负极材料2.3.1聚合物锂离子电池的正极材料锂离子电池一般选用过渡性金属氧化物为正极材料一方面过渡金属存在混合价态，电子导电性比较理想，另一方面不易发生歧化反应理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料，都能做锂离子电池的正极材料，但由于制备工艺上存在困难，目前所用的正极材料仍然是钻、镍、锰的氧化物，常见的正极材料有：氧化钻锂(1ithiumcobaltoxide)、氧化镍锂(1ithiumnickeloxide)、氧化锰锂(1ithiumman—ganeseoxide)和钒的氧化物(vanadiumoxide)[6]。

另外还出现了一些新型的正极材料，如LiFePO4正极材料和导电聚合物正极料2.3.2聚合物锂离子电池的负极材料作为锂二次电池的负极材料，首先是金属锂，随后才是合金但是，它们无法解决锂离子电池的安全性，这才诞生了以碳材料为负极的锂离子电池聚合物锂离子电池的负极材料与锂离子电池基本上相同自锂离子电池的商品化以来，研究的负极材料有以下几种：石墨化碳材料、无定形碳材料、氧化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其他材料对于实际应用负极材料而言，要考虑的因素比较多，除了可逆容量、不可逆容量和循环性能外，还应该包括负极材料与集流体的粘结性、制成负极极片的压实密度、体积容量密度、质量容量密度等，而后面这些因素往往是从事负极材料研究的人员所忽略的当然，负极材料的导电性、比表面积也是要考虑的因素2.4聚合物锂离子电池的特点在锂离子电池基础上诞生的聚合物锂离子电池，除了拥有锂离子电池的特点外，还具有一下特点：(1)塑型灵活性，可以制成各种形态的电池；(2)完美的安全可靠性，不易燃烧；(3)更长的循环寿命，容量损失少；(4)体积利用率高，比液态锂离子电池要高10%～20%；(5)不需要串联就可以做成大电池；(6)不需要用传统的隔膜材料；(7)更易于大规模工业化生产；(8)应用领域更广；(9)在全固态聚合物锂离子电池中，采用金属锂作为负极材料将有可能成为可能。

第三章 聚合物锂离子电池产业现状与发展趋势电池工业是新能源领域的重要组成部分，是全球经济发展的一个新热点，2006年，美国十大科技计划中有两项为电池项目，聚合物锂离子电池行业销售总额的三分之一，与电力、交通、信息等产业发展息息相关，在运输工具和大型不间断供电电源系统中处于控制地位，是社会生产经营活动和人类生活中不可或缺的产品聚合物锂离子电池产业是二十一世纪最有发展前途和应用前景的新型绿色能源体系，同时关系到国家可持续发展战略的实现 　　近年来，聚合物锂离子电池技术不断发展，产品日臻成熟起动电池结构逐步优化升级，为我国成为世界主要汽车生产国起到重要支撑作用电池作为备用电源、大型储备电源的核心部件，其生产已成为国民经济发展中重要的基础性产业聚合物锂离子电池行业大有可为 3.1聚合物锂离子电池正确使用 (1)注意事项　　1、避免在严酷条件下使用，如：高温、高湿度、夏日阳光下长时间暴晒等，避免将电池投入火中； 　　2、拆电池时，应确保用电器具处于电源关闭状态；使用温度应保持在－20~50℃之间； 　　3、避免将电池长时间“存放”在停止使用的用电器具中； (2)锂离子电池的使用　　1、如何为新电池充电, 　　在使用锂电池中应注意的是，电池放置一段时间后则进入休眠状态，此时容量低于正常值，使用时间亦随之缩短。

但锂电池很容易激活，只要经过3～5次正常的充放电循环就可激活电池，恢复正常容量由于锂电池本身的特性，决定了它几乎没有记忆效应因此用户中的新锂电池在激活过程中，是不需要特别的方法和设备的 　　对于锂电池的“激活”问题，众多的说法是：充电时间一定要超过12小时，反复做三次，以便激活电池这种“前三次充电要充12小时以上”的说法，明显是从镍电池（如镍镉和镍氢）延续下来的说法所以这种说法，可以说一开始就是误传锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，而且可以非常明确的告诉大家，我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过12个小时的超长充电（充电器显示充满即可） 　　此外，锂电池或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊这也是我们反对长充电的另一个理由 　　此外，不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电，过放电对锂电池同样也很不利。

2、正常使用中应该何时开始充电 　　经常可以见到这种说法，因为充放电的次数是有限的，所以应该将电池的电尽可能用光再充电，其实锂电池的寿命与这无关下面可以举例一个关于锂离子电池充放电循环的实验表，关于循环寿命的数据列出如下： 　　循环寿命 (10%DOD)≥1000次 　　循环寿命 (100%DOD)≥200次 　　个人建议锂离子电池不要充得太满也不要用到没电，电池没用完电就。