《锂离子电池介绍》PPT课件.ppt

锂离子电池知识魏日兵摘要1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性3 锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用与发展前景4 锂离子电池材料锂离子电池材料1  锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂锂是金属中最轻的元素，且标准电极电位为是金属中最轻的元素，且标准电极电位为-3.045 V，是金，是金属元素中电位最负的一个元素且锂离子可以在属元素中电位最负的一个元素且锂离子可以在TiS2和和MoS2等嵌入化合物中嵌入或脱嵌等嵌入化合物中嵌入或脱嵌锂离子电池锂离子电池：分别用二个：分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构子的化合物作为正负极构成的二次电池人们将这成的二次电池人们将这种靠锂离子在正负极之间种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电的转移来完成电池充放电工作的独特机理的锂离子工作的独特机理的锂离子电池形象地称为电池形象地称为“摇椅式摇椅式电池电池”，俗称，俗称“锂电锂电”         电子技术的发展，对高比能量的移动电源需求量加电子技术的发展，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，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重量轻，放电电压高，比能量大等优点自从1990年年SONY公司推出世界上第一只锂离子电池，到公司推出世界上第一只锂离子电池，到2001年为年为止，整个市场每年约止，整个市场每年约4亿只该类电池用于纯消费类电子产亿只该类电池用于纯消费类电子产品便携式摄像机、移动、手提电脑等品便携式摄像机、移动、手提电脑等95％以上使％以上使用锂离子二次电池作为主要电源用锂离子二次电池作为主要电源1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的历史锂离子电池的历史1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的优点锂离子电池的优点1、、高能量密度高能量密度：： 100 Wh/Kg以上，为镍镉电池的三倍，镍氢电池的两倍；以上，为镍镉电池的三倍，镍氢电池的两倍；2、、电压平台高电压平台高：：3.6 V，镍基电池为，镍基电池为1.2 V；；3、、低温下工作优低温下工作优：在：在-20～～60℃的温度范围内工作，低温下的工作优于其它电的温度范围内工作，低温下的工作优于其它电池池 ；；4、、低维护性低维护性：没有记忆效应，无需定期放电，最理想的保存方式，就是在：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充电后冷藏保存，可以保存达十年之久 ；；5、、低自放电率低自放电率：约：约6％％/月；月；6、、长循环寿命长循环寿命(＞＞1000次，次，100％％DOD)；；7、、环保环保：无重金属，无污染。

无重金属，无污染1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的优点锂离子电池的优点镉镍、氢镍、锂离子蓄电池性能对比镉镍、氢镍、锂离子蓄电池性能对比 1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的缺点锂离子电池的缺点1、、安全性能问题安全性能问题：需复杂的保护线路；：需复杂的保护线路；2、、放电倍率低放电倍率低：：1 C ~ 2 C；；3、、易于老化易于老化：存储的锂离子电池照样会容量衰竭；：存储的锂离子电池照样会容量衰竭；4、、价格昂贵价格昂贵        一般认为，锂离子电池起火爆炸是由于其一般认为，锂离子电池起火爆炸是由于其内部化学原理内部化学原理和和成成分导致的由于人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，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，电池将会进入池将会进入“热失控热失控”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生短路、产生火花才导致了这些锂离子电池的不稳定1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的种类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、液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为简称为LIB)2、聚合物锂离子电池、聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为简称为LIP)相同点相同点：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：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，负极使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜做集流体使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜做集流体区别区别：主要区别在于：主要区别在于电解质电解质的不同的不同, 锂离子电池使用的是锂离子电池使用的是液体电解质液体电解质, 而聚而聚合物锂离子电池则以合物锂离子电池则以聚合物电解质聚合物电解质来代替来代替, 这种聚合物可以是这种聚合物可以是“干态干态”的的,也可以是也可以是“胶态胶态”的的,目前大部分采用目前大部分采用聚合物胶体电解质聚合物胶体电解质1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的种类锂离子电池的种类电解质电解质壳体壳体/包装包装隔膜隔膜集流体集流体液态锂离子电池液态锂离子电池液态液态不锈钢、铝不锈钢、铝25μPE铜箔（负极）铜箔（负极）和铝箔（正和铝箔（正极）极）聚合物锂离子电聚合物锂离子电池池胶体聚合物胶体聚合物铝铝/PP复合膜复合膜没有隔膜或个没有隔膜或个μPE铜箔（负极）铜箔（负极）和铝箔（正和铝箔（正极）极）1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的种类锂离子电池的种类        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量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上此外％以上此外,聚合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誉为下一代锂离子电池1 锂离子二次电池的概况锂离子二次电池的概况锂离子电池的种类锂离子电池的种类按按形状形状分类：圆柱形、方形和扣式分类：圆柱形、方形和扣式( (或钱币形或钱币形) )；；按按正极材料正极材料分类：氧化钴锂型、氧化镍锂型和氧化锰锂型分类：氧化钴锂型、氧化镍锂型和氧化锰锂型2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性以以LiCoO2体系的锂离子二次电池为例说体系的锂离子二次电池为例说明其工作原理。

一般，锂离子二次电池是明其工作原理一般，锂离子二次电池是由由正极正极、、电解液电解液、、隔膜隔膜以及以及负极负极构成充电时，正极中的锂离子从电时，正极中的锂离子从LiCoO2层状结层状结构中脱出，构中脱出，Co元素的化合价由＋元素的化合价由＋Ⅲ升高升高到＋到＋Ⅳ，正极材料发生氧化反应，同时，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，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隔膜还起到阻断保护作用锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性电电极极反反应应锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理      锂离子电池的额定电压为锂离子电池的额定电压为3.6V。

电池充满时的电压（称电池充满时的电压（称为终止充电电压）一般为为终止充电电压）一般为4.2V；锂离子电池终止放电电压；锂离子电池终止放电电压为为2.5V如果锂离子电池在使用过程中电压已降到如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.5V后后还继续使用，则称为过放电，对电池有损害还继续使用，则称为过放电，对电池有损害2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性         锂离子电池比较骄贵如果不满足其充电及使用要求，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、过放电保护电路电保护电路锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的充电原理锂离子电池的充电原理Iconst：恒流充电电流；：恒流充电电流；Ipre：预充电电流；：预充电电流；Ifull：充满判断电流；：充满判断电流；Vconst：恒压充电电压；：恒压充电电压；Vmin：预充结束电压及短：预充结束电压及短路判断电压路判断电压2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的充电过程分锂离子电池的充电过程分：：预充电阶段预充电阶段；；恒流充电阶段恒流充电阶段- -恒压充电阶段恒压充电阶段。

1C4.1V一一4.2V锂离子电池的充电原理锂离子电池的充电原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性 预充电阶段预充电阶段预充电阶段是在电池电预充电阶段是在电池电压低于压低于3V时，电池不时，电池不能承受大电流的充电能承受大电流的充电这时有必要以小电流对这时有必要以小电流对电池进行浮充电池进行浮充锂离子电池的充电原理锂离子电池的充电原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性 恒流充电阶段恒流充电阶段当电池电压达到当电池电压达到3V时，时，电池可以承受大电流电池可以承受大电流的充电了这时应以的充电了这时应以恒定的大电流充电恒定的大电流充电以使锂离子快速均匀以使锂离子快速均匀转移，这个电流值越转移，这个电流值越大，对电池的充满及大，对电池的充满及寿命越有利寿命越有利 锂离子电池的充电原理锂离子电池的充电原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性恒压充电阶段恒压充电阶段当电池电压达到当电池电压达到4.2V时，达到了时，达到了电池承受电压的极限这时应以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的电压恒压充电这时充电电流逐渐降低当充电电流小于电流逐渐降低。

当充电电流小于30mA时，电池即充满了这时时，电池即充满了这时要停止充电否则，电池因过充要停止充电否则，电池因过充而降低寿命恒压充电阶段要求而降低寿命恒压充电阶段要求电压控制精度为电压控制精度为1%依国家标依国家标准，锂离子电池要能在准，锂离子电池要能在1C的充电的充电电流下，可以循环充放电电流下，可以循环充放电500次次以上依一般的电池使用三天一以上依一般的电池使用三天一充这样电池的寿命应在充这样电池的寿命应在4年 锂离子电池的充电原理锂离子电池的充电原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性恒压式充电原理图恒压式充电原理图      当没电的电池插在这种充电器上当没电的电池插在这种充电器上时，充电器即以最大的电流为电池时，充电器即以最大的电流为电池充电如果在锂离子电池最虚弱的充电如果在锂离子电池最虚弱的低压时（低于低压时（低于2.5V）就以大电流冲）就以大电流冲击，将会严重损害电池的寿命击，将会严重损害电池的寿命        另外，这类的充电器均为直接另外，这类的充电器均为直接市电市电220V接入，转换为接入，转换为5V的低压直的低压直流因为转换效率低下，会产生大流。

因为转换效率低下，会产生大量的热热量直接叠加在了电池上，量的热热量直接叠加在了电池上，使电池温度过高，这对电池有很大使电池温度过高，这对电池有很大损害 锂离子电池的充电原理锂离子电池的充电原理2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的充电方法锂离子电池的充电方法标准充电标准充电：在环境温度：在环境温度 20±5 ℃ 的条件下，以的条件下，以 0.5C5A 恒恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压流充电，当电池端电压达到充电限制电压 4.20V 时，改为时，改为恒压充电，直到充电电流小于恒压充电，直到充电电流小于 10mA ，停止充电停止充电 快速充电快速充电：在环境温度：在环境温度 20±5 ℃ 的条件下，以的条件下，以 1C5A 恒流充恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压电，当电池端电压达到充电限制电压 4.2V 时，改为恒压充时，改为恒压充电，直到充电电流小于电，直到充电电流小于 10mA ，停止充电停止充电 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的充电方法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原理和特性锂离子电池的放电特性锂离子电池的放电特性在较高放电率下在较高放电率下(1.0 C以上以上)，虽然，虽然放电电压有所下降，放电电压有所下降，但截止到但截止到2.5V终止终止电压时的放电容量电压时的放电容量却降低很少。

却降低很少2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的高温性能锂离子电池的高温性能        电池充电结束后，将电池放入电池充电结束后，将电池放入 60±2 ℃ 的高温箱中的高温箱中恒温恒温 2h ，然后以，然后以 1C5A 电流恒流放电至电流恒流放电至 2.75V 放电时间不小于时间不小于 54 分钟后将电池取出在环境温度分钟后将电池取出在环境温度 20±5 ℃ 的条件下搁置的条件下搁置 2h, 电池外观无变形、无爆裂电池外观无变形、无爆裂 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的低温特性锂离子电池的低温特性        电池充电结束后，将电池放入电池充电结束后，将电池放入 -10±2 ℃ 的低温箱中的低温箱中恒温恒温 2h 后，以后，以 0.5C5A 电流恒流放电至终止电压电流恒流放电至终止电压 2.75V 放电时间不小于放电时间不小于 1.8h 后将电池取出在环境温度后将电池取出在环境温度 20±5 ℃ 的条件下搁置的条件下搁置 2h ，电池外观无变形、无爆裂电池外观无变形、无爆裂 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的温度特性锂离子电池的温度特性放电平台电压有明显下降，但放电容量相差不大。

放电平台电压有明显下降，但放电容量相差不大2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的循环寿命锂离子电池的循环寿命在环境温度在环境温度 20±5 ℃ 的条件的条件下，以下，以 1C5A 恒流充电，当恒流充电，当电池端电压达到充电限制电电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到压时，改为恒压充电，直到充电电流为充电电流为 10±5mA ，停止，停止充电；搁置充电；搁置 0.5h －－ 1h ，然，然后以后以 1C5A 电流恒流放电至电流恒流放电至终止电压终止电压 2.75V ，搁置，搁置 0.5h~1h ，再进行下一个充放，再进行下一个充放电循环直至连续两次放电电循环直至连续两次放电容量小于容量小于 80% 的的 1C5A 放电放电容量，认为寿命终止，循环容量，认为寿命终止，循环寿命不小于寿命不小于 300 次 内阻的增加，导致充电不足内阻的增加，导致充电不足2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的储存特性锂离子电池的储存特性0℃25℃40℃60℃2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的安全评估锂离子电池的安全评估2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性过过充充试试验验         利用恒定电流持续给电芯充电，设定固定电压上限。

电芯内部在负极上产生锂离子枝利用恒定电流持续给电芯充电，设定固定电压上限电芯内部在负极上产生锂离子枝晶，刺穿隔膜是通过该试验最大的威胁晶，刺穿隔膜是通过该试验最大的威胁        前提前提 环境温度环境温度 充电电充电电流流 试验过程试验过程 时间要求时间要求 结果要求结果要求 军工军工 按标准充满电后按标准充满电后 20 ℃ ± 5 ℃ 0.2C 5A 直至保护电路起作用直至保护电路起作用 无无 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 轻工标准轻工标准 QB/T25022000 完全放电态的电池完全放电态的电池 20℃ ± 5℃ 0.2C 5A 可让保护电路起作用可让保护电路起作用 12.5h 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 04 科技部科技部 863 电动车蓄电电动车蓄电池池 按标准充满电，放按标准充满电，放 1 小时后小时后 20℃ ± 5℃ 1C 1(A) 电压达到电压达到 5.0V 或充电或充电 90min 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 国家标准国家标准 GB/T 18287-2000 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ 3C 5 A 上限电压上限电压 10V ，， 温度下降峰值温度下降峰值 10 ℃ 后结束实后结束实验验 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 UL 标准标准 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ 对应电流和时间进行。

对应电流和时间进行 注：注： C 为标称容量，为标称容量， I C 为测试为测试电流电流 测试时间不得少测试时间不得少于于 48h 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 锂离子电池的安全评估锂离子电池的安全评估短短路路试试验验 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的安全评估锂离子电池的安全评估用小电阻的导线直接连接正负极，使电池形成超大电流回路，电池内部快速升温用小电阻的导线直接连接正负极，使电池形成超大电流回路，电池内部快速升温 前提前提 环境温度环境温度 短路方法短路方法 外部电阻外部电阻 时间时间 结果要求结果要求 军标军标 按标准充满电后的电按标准充满电后的电池组池组 20 ℃ ± 5 ℃ 用导线连接正负极用导线连接正负极 ≤ 50m Ω 直至保护电路起作直至保护电路起作用用 不爆炸、不燃烧、不爆炸、不燃烧、可正常充放电可正常充放电 轻工标准轻工标准 QB/T2502-2000 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ 用导线连接正负极用导线连接正负极 ≤ 50m Ω 6h 以上以上 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 2004 科技部科技部 863 电动车蓄电电动车蓄电池池 按标准充满电按标准充满电 1 小时小时后后 20℃ ± 5℃ 用导线连接正负极用导线连接正负极 ≤ 10m Ω 10min 不漏液、不爆炸不漏液、不爆炸或燃烧或燃烧 国家标准国家标准 GB/T 18287-2000 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ 用导线连接正负极用导线连接正负极 ≤ 50m Ω 温度下降峰值温度下降峰值 10 ℃ 后结束实验后结束实验 不爆炸、不燃烧，不爆炸、不燃烧，外部温度不得高外部温度不得高于于 150℃ UL 标准标准 按标准充满电后按标准充满电后 60℃ ± 2℃ 20℃ ± 5℃ 　用导线连接正负极　用导线连接正负极 　　0.1 Ω 　直至温度下降接　直至温度下降接近环境温度近环境温度 　不爆炸、不燃　不爆炸、不燃烧，外壳温度不烧，外壳温度不得高于得高于 150℃ 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的安全评估锂离子电池的安全评估针针刺刺试试验验 用铁针垂直穿透电池，持续形成内部短路用铁针垂直穿透电池，持续形成内部短路 前提前提 环境温度环境温度 钢钉钢钉 试验过程试验过程 时间要求时间要求 结果要求结果要求 军工军工 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ φ 3mm 沿径向强力刺沿径向强力刺穿穿 无规定无规定 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 轻工标准轻工标准 QB/T2502-2000 按标准充满电后按标准充满电后 20 ℃ ± 5 ℃ 2.5 ～～ 5mm 中央与电极面中央与电极面垂直的方垂直的方向穿透向穿透 放置放置 6 小小时以时以上上 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 2004 科技部科技部 863 电动车蓄电电动车蓄电池池 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ φ 3 ～～ 8mm 垂直于极板的垂直于极板的方向迅速方向迅速贯穿贯穿 钢针停留钢针停留在其在其中中 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 UL 标准标准 按标准充满电后按标准充满电后 20℃ ± 5℃ 在电池的正面与侧面，在在电池的正面与侧面，在 3ms 内以最小加内以最小加速度速度 75g ，最大加速度，最大加速度 125 -175g 撞撞击电池击电池 不爆炸、不燃烧、不爆炸、不燃烧、排出物排出物≤ 5g 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性热热冲冲击击          把电芯放入高温箱中，把电芯放入高温箱中， 以标准规定的速度升温以标准规定的速度升温 ，持续的高温导致内部隔膜熔化，形成，持续的高温导致内部隔膜熔化，形成大面积内部短路大面积内部短路 。

前提前提 升温速率升温速率 上限温度上限温度 时间要求时间要求 结果要求结果要求 军工军工 按标准充满电后按标准充满电后 电池组在温度（电池组在温度（ -40 ℃ ± ２２ ℃ ）与（）与（ 70 ℃ ± ２２ ℃ ）之间循环）之间循环 4 次次 , 并在各个并在各个温度环境中恒温温度环境中恒温 2 小时，温度交替移动的时间不大于小时，温度交替移动的时间不大于 1min ，然后在，然后在 25℃ 下保持下保持 2 小时小时 不变形、不开裂、不变形、不开裂、不漏液、可正常不漏液、可正常充放电充放电 轻工标准轻工标准 QB/T2502-2000 按标准充满电后按标准充满电后 5 ℃ ± 1 ℃ 130 ℃ 60 min 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 2004 科技部科技部 863 电动车蓄电电动车蓄电池池 按标准充满电后按标准充满电后 5 ± 2 ℃ 70 ± 2 ℃ 20min 不漏液、不变形、不漏液、不变形、不爆炸或燃烧不爆炸或燃烧 国家标准国家标准 GB/T 18287-2000 按标准充满电后按标准充满电后 5℃ ± 2℃ 150 ℃ ± 2℃ 30 min 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 UL 标准标准 　按标准充满电后　按标准充满电后 5℃ ± 2℃ 150 ℃ ± 2℃ 10min 不爆炸、不燃烧不爆炸、不燃烧 锂离子电池的安全评估锂离子电池的安全评估2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性如如何何采采购购  1、选择使用锰酸锂材料的、选择使用锰酸锂材料的电池；电池；  2、、 委托权威部门进行安全委托权威部门进行安全性的检测，进行现场考验；性的检测，进行现场考验；  3、、 开展长时间、大量的安开展长时间、大量的安全测试，以检测保护电路、全测试，以检测保护电路、电芯的可靠性；电芯的可靠性；  4、、 选择有实力的供应商为选择有实力的供应商为合作伙伴。

合作伙伴 联想集团开发的安全锂离子电池联想集团开发的安全锂离子电池锂离子电池的安全评估锂离子电池的安全评估2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的结构锂离子电池的结构正极材料正极材料一般选择相对锂而言电位大于一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、、LiNiO2、、LiMn2O42 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性负极材料负极材料做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、、SnO2、锡复合氧化物、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～～0.6，，y=0.6～～0.4，，z=(2 ＋＋3x＋＋5y)/2)等锂离子电池的结构锂离子电池的结构2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的电解液是锂离子电池的电解液是有机溶剂有机溶剂和和无机盐无机盐构成的，采用构成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度）和低粘度二乙基碳酸脂（二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。

等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系室温电导率平均约为室温电导率平均约为-1×10-3 S/cm，比水溶液电解质低近两，比水溶液电解质低近两个数量级因此，为了使商品锂离子电池能在较高电流下充、个数量级因此，为了使商品锂离子电池能在较高电流下充、放电，电极必须很薄，以增加电极的总面积，降低电极的实放电，电极必须很薄，以增加电极的总面积，降低电极的实际工作电流密度际工作电流密度电解液电解液锂离子电池的结构锂离子电池的结构2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性隔膜隔膜隔膜采用聚烯微多孔膜如隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、、PP或它们复合膜，尤其是或它们复合膜，尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺三层隔膜不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到了热保险作用强度，起到了热保险作用 锂离子电池的结构锂离子电池的结构外壳采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功能外壳采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功能 2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性外壳外壳锂离子电池的结构锂离子电池的结构2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性此结构一般为此结构一般为液态锂离子电液态锂离子电池所采用池所采用,也也是最古老的结是最古老的结构之一，偶尔构之一，偶尔在较早的在较早的上还能找到它上还能找到它的影子。

目前的影子目前大多数用在笔大多数用在笔记本电脑的电记本电脑的电池组里面池组里面 安全阀安全阀正温正温度系度系数的数的电阻电阻元件元件卷边压缩密封卷边压缩密封锂离子电池的结构锂离子电池的结构2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性现今最普遍的液现今最普遍的液态锂离子电池形态锂离子电池形态，态， 广泛的应广泛的应用在各个移动电用在各个移动电子设备的电池组子设备的电池组里面，特别是手里面，特别是电池左图画机电池左图画面是面是sanyo生产生产的的UP383450，，即即3.8mm*34mm*50mm，标称容，标称容量达到量达到650mAh方形电池的正极往是一种金属方形电池的正极往是一种金属—陶瓷或金属陶瓷或金属—破璃破璃绝缘子．它实现了正极与壳体之间的绝缘绝缘子．它实现了正极与壳体之间的绝缘激光焊接激光焊接锂离子电池的结构锂离子电池的结构2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性此种可充电的此种可充电的锂离子电池不锂离子电池不常见，容量不常见，容量不大在几个到几大在几个到几十十mAhmAh之间之间, ,应应用领域也不广用领域也不广泛锂离子电池的结构锂离子电池的结构2 锂离子电池的原理和特性锂离子电池的原理和特性锂离子电池的命名锂离子电池的命名圆柱形锂离子二次电池的命名圆柱形锂离子二次电池的命名：用三个字母和：用三个字母和5位数字来表位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示圆，后一个字母表示圆柱形柱形(R)，前两位数字表示以，前两位数字表示以mm为单位的最大直径，后三为单位的最大直径，后三位数字表示以位数字表示以0.lmm为单位的最大高度，如为单位的最大高度，如LIR18650即表即表示直径为示直径为18mm，高，高65mm的圆柱形锂离子电池。

的圆柱形锂离子电池方形锂离子二次电池的命名方形锂离子二次电池的命名：用三个字母和：用三个字母和6位数字来表示，位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示方形，后一个字母表示方形(S)，前两位数字表示以，前两位数字表示以mm为单位的最大厚度，中间两位数为单位的最大厚度，中间两位数字表示以字表示以mm为单位的宽度，后两位数字以为单位的宽度，后两位数字以mm为单位的最为单位的最大高度，如大高度，如LIS043048即表示厚度为即表示厚度为4mm，宽，宽30mm，高，高48mm的方形锂离子电池的方形锂离子电池3 锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用锂离子电池的应用中中的的锂离锂离子子电池电池3 锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用锂离子电池的应用电动电动自行自行车车中中的的锂离锂离子子电池电池3 锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用与发展前景电动电动汽车汽车中中的的锂离锂离子子电池电池锂离子电池的应用锂离子电池的应用3 锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的应用与发展前景锂离子电池的发展方向锂离子电池的发展方向发展电动汽车用大容量锂离子电池发展电动汽车用大容量锂离子电池开发及使用新的高性能电极材料开发及使用新的高性能电极材料加速聚合物理离子电池的实用化进程加速聚合物理离子电池的实用化进程4 锂离子电池材料锂离子电池材料负极材料负极材料正极材料正极材料电解质材料电解质材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料演变过程锂离子电池负极材料演变过程4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——金属锂金属锂比容量最高的负极材料比容量最高的负极材料负极：金属锂负极：金属锂固固态态电电解解质质界界面面膜膜SEI直接使用金属锂仍处于研究阶段直接使用金属锂仍处于研究阶段弥散态的锂弥散态的锂枝晶枝晶软短路软短路局部温度升高局部温度升高硬短路硬短路4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——金属锂金属锂为了解决这一问题，主要在三个方面展开研究：为了解决这一问题，主要在三个方面展开研究：①①寻找替代金属锂的负极材料；寻找替代金属锂的负极材料；②②采用聚合物电解质来避免金属锂与有机溶剂反应；采用聚合物电解质来避免金属锂与有机溶剂反应；③③改进有机电解液的配方，使金属锂在充放电循环中改进有机电解液的配方，使金属锂在充放电循环中保持光滑均一的表面。

保持光滑均一的表面 前两个方面已取得重大进展前两个方面已取得重大进展优点：比容量高优点：比容量高缺点：安全性差，循环性差缺点：安全性差，循环性差4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——合金类负极材料合金类负极材料优点优点：避免了枝晶的生长，提高了安全性避免了枝晶的生长，提高了安全性主要问题主要问题：在反复循环过程中，锂合金将经历较大的：在反复循环过程中，锂合金将经历较大的体积变化，电极材料逐渐粉化失效，合金结构遭到破体积变化，电极材料逐渐粉化失效，合金结构遭到破坏主要材料主要材料：：LiAlFe、、LiPb、、LiAl、、LiSn、、LiIn、、LiBi、、LiZn、、LiCd、、LiAlB、、LiSi等等含含锂锂合合金金4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——合金类负极材料合金类负极材料复合体系的采用，解决了维度不稳定的缺点：复合体系的采用，解决了维度不稳定的缺点：①①采用混合导体全固态复合体系：即将活性物质采用混合导体全固态复合体系：即将活性物质(如如LixSi)均匀分散均匀分散在非活性的锂合金中，其中活性物质与锂反应．非活性物质提供反在非活性的锂合金中，其中活性物质与锂反应．非活性物质提供反应通道；应通道；②②将锂合金与相应金属的金属间化合物混合，如将将锂合金与相应金属的金属间化合物混合，如将LixAl台金与台金与Al3Ni混合；混合；③③将锂合金分散在导电聚合物中，如将将锂合金分散在导电聚合物中，如将LixAl、、LixPb分散在聚乙炔分散在聚乙炔或聚并苯中。

其中导电聚合物提供一个弹性、多孔、有较高电子和或聚并苯中其中导电聚合物提供一个弹性、多孔、有较高电子和离子电导率的支撑体；离子电导率的支撑体；④④将小颗粒的锂合金嵌入到一个稳定的网络支撑体中将小颗粒的锂合金嵌入到一个稳定的网络支撑体中效果效果：提高了锂合金体系的维度稳定性，但仍不能达到实用化的程：提高了锂合金体系的维度稳定性，但仍不能达到实用化的程度含含锂锂合合金金4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——合金类负极材料合金类负极材料非非锂锂合合金金主要材料主要材料1、纳米级、纳米级(大于大于100 nm)的的Sn及及SnSb、、SnAg金属间化合物（电沉积金属间化合物（电沉积的方法）；的方法）；2、、Sn0.88Sb合金（化学沉积法）；合金（化学沉积法）；3、、SnFe／／SnFeC复合材料体系；复合材料体系；4、、CuSn5合金；合金；5、纳米硅基复合材料纳米硅基复合材料合金类负极材料的最佳选择合金类负极材料的最佳选择纳米合金复合材料纳米合金复合材料的优点：在充放电过程中绝对体积变化较小，电的优点：在充放电过程中绝对体积变化较小，电极结构有较高的稳定性。

纳米材料的比表面积很大，存在大量的晶极结构有较高的稳定性纳米材料的比表面积很大，存在大量的晶界，有利于改善电极反应动力学性能界，有利于改善电极反应动力学性能4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料优点优点1、电池的安全性大大提高；、电池的安全性大大提高；2、在充放电过程中不会形成锂枝晶，避免了电池内部短、在充放电过程中不会形成锂枝晶，避免了电池内部短路，大大延长了电池的寿命；路，大大延长了电池的寿命；3、充放电可逆性好；、充放电可逆性好；4、容量大；、容量大；5、放电平台低放电平台低缺点：容量循环衰减缺点：容量循环衰减主要材料主要材料：石墨、碳纤维、石油焦、无序碳和有机裂解碳等石墨、碳纤维、石油焦、无序碳和有机裂解碳等日本索尼日本索尼：硬碳：硬碳 三洋公司三洋公司：天然石墨：天然石墨 松下公司松下公司：中间相碳微珠：中间相碳微珠4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料一般制备负极材料的方法：一般制备负极材料的方法：①①在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；②②将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到硬碳；将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到硬碳；③③高温热分解有机物和高聚物制备含氢碳。

高温热分解有机物和高聚物制备含氢碳 4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料碳碳的的同同素素异异形形体体金金刚刚石石富富勒勒烯烯石石墨墨无无定定形形碳碳乱乱层层石石墨墨4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料石石墨墨六方石墨六方石墨三方石墨三方石墨范德华力范德华力4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料锂锂石石墨墨嵌嵌入入化化合合物物锂嵌入石墨层间，形成多级嵌人化合物．属于施主型嵌入化合物锂嵌入石墨层间，形成多级嵌人化合物．属于施主型嵌入化合物一级嵌锂化合物一级嵌锂化合物LiC6锂是完全离子化的锂是完全离子化的4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料电电化化学学容容量量电化学容量：电化学容量：通常指单位质量的活性物质充电或放通常指单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，一般用电到最大程度时的电量，一般用mAh／／g表示石墨类碳的充电机理石墨类碳的充电机理是锂离子可逆地嵌入石墨层间，是锂离子可逆地嵌入石墨层间，嵌入量一般不应超过嵌入量一般不应超过LiC6，相应电化学容量为，相应电化学容量为372mAh/g。

石墨类碳的电化学容量石墨类碳的电化学容量Q与石墨结构无序度与石墨结构无序度P的关的关系为系为Q＝＝372(1—P)4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料电电化化学学容容量量嵌入嵌入石墨石墨层间层间在石墨层间在石墨层间形成最近邻形成最近邻的堆积的堆积插入到碳材插入到碳材料的空腔料的空腔在杂原子取在杂原子取代的碳中与代的碳中与杂原子相互杂原子相互作用作用在六方石墨与在六方石墨与菱形石墨相共菱形石墨相共存形成的缺陷存形成的缺陷位富集位富集在石墨在石墨a—b面面形成多形成多层吸附层吸附在石墨在石墨a—ba—b面面和边缘面形成和边缘面形成活性位吸附活性位吸附锂锂石墨石墨4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料天然石墨结构参数和电化学容量天然石墨结构参数和电化学容量菱形石墨含量越高，电化学容量越大菱形石墨含量越高，电化学容量越大电电化化学学容容量量4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料电电化化学学容容量量储锂机制储锂机制：当锂嵌入到热解炭中，弱的：当锂嵌入到热解炭中，弱的C—H键断键断裂，裂，Li取代取代H形成形成C—Li键。

相反．脱嵌时，弱的键相反．脱嵌时，弱的C—H键恢复，这样键恢复，这样C—H键的破裂和恢复就使低温键的破裂和恢复就使低温热解炭有高于石墨理论容量的附加容量热解炭有高于石墨理论容量的附加容量低温热解炭的可逆容量在低温热解炭的可逆容量在400mAh/g—900mAh/g之间之间4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料不不可可逆逆容容量量损损失失不可逆容量损失不可逆容量损失：在充放电过程中，电极的充放：在充放电过程中，电极的充放电效率低于电效率低于100％，即放电的电化学容量低于充％，即放电的电化学容量低于充电，损失的部分被称为不可逆容量损失通常由电，损失的部分被称为不可逆容量损失通常由电极表面发生的不可逆副反应引起电极表面发生的不可逆副反应引起4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料不不可可逆逆容容量量损损失失固固态态电电解解质质界界面面膜膜SEI主要组成为主要组成为Li2CO3、、ROCO2LiSEI主要在第一主要在第一次充放电时产次充放电时产生，生，是不可逆是不可逆容量损失的主容量损失的主要来源要来源。

此外，此外，还影响电极的还影响电极的自放电、循环自放电、循环性、低温性能、性、低温性能、安全性和功率安全性和功率密度4 锂离子电池材料锂离子电池材料电电极极电电位位电极反应电极反应室温下碳电极的电极电位室温下碳电极的电极电位理想的负极材料的电极电位应与金属锂接近．随锂理想的负极材料的电极电位应与金属锂接近．随锂的嵌入量不同变化不大石墨的电极电位从的嵌入量不同变化不大石墨的电极电位从0.4V到到0.0V(相对于相对于Li+/Li)之间变化，是比较合适的负极之间变化，是比较合适的负极材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料充充放放电电倍倍率率充放电电流充放电电流I＝＝C／／N其中C为电池的额定容量值：为电池的额定容量值：N为放电小时数为放电小时数一个容量为一个容量为2Ah的电池以的电池以20小时率小时率(或或0.05C，或，或0.05倍率倍率)放电，则放电，则I＝＝100 mAI值的大小反映了电池充放电的快慢，主要与电池值的大小反映了电池充放电的快慢，主要与电池内部各种电极过程的速率有关内部各种电极过程的速率有关锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料影响因素影响因素：锂离子在正负极材料内部的扩散速率、：锂离子在正负极材料内部的扩散速率、电极表面的电化学反应速率、锂离子在电极电极表面的电化学反应速率、锂离子在电极/电解电解质界面的扩散速率以及锂离子在电解质中的离子迁质界面的扩散速率以及锂离子在电解质中的离子迁移率。

移率4 锂离子电池材料锂离子电池材料充充放放电电倍倍率率液体电解质碳负极材料体系液体电解质碳负极材料体系：锂离于在石墨层问的：锂离于在石墨层问的嵌入与脱出的速率决定了电池的充放电倍率嵌入与脱出的速率决定了电池的充放电倍率增加边缘面取向及增大比表面积增加边缘面取向及增大比表面积锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料循循环环性性循环性循环性：电极材料在反复充放电过程中保持电化学容量的能力电极材料在反复充放电过程中保持电化学容量的能力影响因素影响因素：电极材料的结构稳定性、化学稳定性、热稳定性电极材料的结构稳定性、化学稳定性、热稳定性碳材料碳材料10％的体积变化％的体积变化锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——碳负极材料碳负极材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料——氧化物负极材料氧化物负极材料1、、含锂氧化物含锂氧化物，如，如LiWO2、、Li6Fe2O3、、LiNd2O5等；等；2、、以以SnO2为基的负极材料为基的负极材料                     ，其中，其中M1、、M2为为Si、、Ge、、Sn、、Pb、、P、、B、、Al、、As、、Sb，，M4为为O、、S、、Se、、Te。

性能较好的是性能较好的是SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6主要是无定形锡基主要是无定形锡基复合氧化物，容量高，但不可逆容量损失不可避免复合氧化物，容量高，但不可逆容量损失不可避免3、、Li4Ti5O12，是一种很好的负极候选材料，相对于金属理，是一种很好的负极候选材料，相对于金属理的电位是的电位是1.5V，因而与，因而与4V正极材料正极材料LiCoO2、、LiNiO2和和LiMn2O4配对．形成配对．形成2.5V的电他锂的嵌入和脱嵌不产生的电他锂的嵌入和脱嵌不产生应变应变(零应变材料零应变材料)，因而有很好的循环寿命因而有很好的循环寿命4 锂离子电池材料锂离子电池材料对锂离子电池负极材料的要求对锂离子电池负极材料的要求替代金属锂的理想的负极材料应满足以下要求：替代金属锂的理想的负极材料应满足以下要求：(1)在锂嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属锂；在锂嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属锂；(2)有较高的比容量；有较高的比容量；(3)有较高的充放电效率；有较高的充放电效率；(4)在电极材料内部和表面，锂离子具有较高的扩散速率；在电极材料内部和表面，锂离子具有较高的扩散速率；(5)具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定性：具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定性：(6)价格低廉，容易制备。

价格低廉，容易制备研究的主要方向是开发高容量的负极材料研究的主要方向是开发高容量的负极材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料对锂离子电池正极材料的要求对锂离子电池正极材料的要求（（1）正极材料应有较高的电极电位，使电池有较高的输出电压；）正极材料应有较高的电极电位，使电池有较高的输出电压；（（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；容量；（（3）在锂离子嵌入）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；发生变化，以保证电池良好的循环性能；（（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；（（5）正极材料在锂离子的嵌入）正极材料在锂离子的嵌入/脱嵌过程中材料结构不发生塌陷，使电池的脱嵌过程中材料结构不发生塌陷，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池安全性；电压不会发生显著变化，以保证电池安全性；（（6）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；（（7）正极不与电解质等发生化学反应；）正极不与电解质等发生化学反应；（（8）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；（（9）价格便宜，对环境无污染。

价格便宜，对环境无污染4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料电极电位锂离子电池正极材料电极电位锂离子电池锂离子电池正极材料正极材料1、作为电极、作为电极材料参与电材料参与电化学反应；化学反应；2、作为锂离、作为锂离子源大多数是大多数是含锂的过含锂的过渡金属化渡金属化合物，而合物，而且以且以氧化氧化物物为主4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料结构锂离子电池正极材料结构LiMeO2氧化物正极材料的基本结构（氧化物正极材料的基本结构（1））RLi或或Li+>RMeMe与与O形成共价键形成共价键紧密配合，固定在紧密配合，固定在八面体位置上八面体位置上Li+从八面体的一个从八面体的一个位置向另一个位置位置向另一个位置移动，是借助于晶移动，是借助于晶格振动和氧离子摆格振动和氧离子摆动振动是过渡金动振动是过渡金属离子与锂交换电属离子与锂交换电子引起的子引起的4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料结构锂离子电池正极材料结构LiMeO2氧化物正极材料的基本结构（氧化物正极材料的基本结构（2））一维隧道或二维、三维空间，以便锂的传输一维隧道或二维、三维空间，以便锂的传输4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料性质锂离子电池正极材料性质1、还原态产物，充电时被氧化成、还原态产物，充电时被氧化成□MeO2；；2、在非水环境中有高的电位值；、在非水环境中有高的电位值；3、在水溶液中不稳定；、在水溶液中不稳定；4、电导率较低，应加入导电剂和粘接剂，构成复合电极。

电导率较低，应加入导电剂和粘接剂，构成复合电极4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料类型锂离子电池正极材料类型4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料类型锂离子电池正极材料类型4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiCoO2锂钴氧化物（锂钴氧化物（LiCoO2）属于）属于α-NaFeO2型结构，为型结构，为R3m空间群，具空间群，具有二维层状结构，适宜锂离子的脱有二维层状结构，适宜锂离子的脱嵌 可逆充放电的上限电压为可逆充放电的上限电压为4.3V化学组成化学组成粒度及粒度分布粒度及粒度分布电导率及扩散系数电导率及扩散系数4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiCoO2合合成成方方法法合成合成LiCoO2的方法有的方法有高温固相法高温固相法、、低温共沉淀法低温共沉淀法和和凝凝胶法胶法比较成熟的方法是钴的碳酸盐、碱式碳酸盐或钴的氧比较成熟的方法是钴的碳酸盐、碱式碳酸盐或钴的氧化物等与碳酸锂在高温下固相合成化物等与碳酸锂在高温下固相合成注意：反应气氛、碳酸锂的比表面积、合成温度、注意：反应气氛、碳酸锂的比表面积、合成温度、锂盐的配入量。

锂盐的配入量4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiNiO2优点优点1、价格比、价格比LiCoO2低廉；低廉；2、重量比容量大重量比容量大缺点缺点1、合成条件苛刻，合成条件的微小变化会导致非化学计、合成条件苛刻，合成条件的微小变化会导致非化学计量的量的LixNiO2生成，其结构中锂离子和镍离于呈无序分布，生成，其结构中锂离子和镍离于呈无序分布，影响电池性能；影响电池性能；2、应用中脱锂后的产物分解温度低，分解产生大量的热、应用中脱锂后的产物分解温度低，分解产生大量的热量和量和   氧气，造成锂离子电池过充电时易发生爆炸、燃烧；氧气，造成锂离子电池过充电时易发生爆炸、燃烧；3、首次充放电的不可逆容量较大，生成、首次充放电的不可逆容量较大，生成NiO2非活性区非活性区4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4        尖晶石型锰酸锂尖晶石型锰酸锂LiMn2O4是是Hunter在在1981年首先制年首先制得的具有三维锂离子通道的正极材料，至今一直受到国得的具有三维锂离子通道的正极材料，至今一直受到国内外很多学者及研究人员的极大关注，它作为电极材料内外很多学者及研究人员的极大关注，它作为电极材料具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点，具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点，是最有希望取代钴酸锂是最有希望取代钴酸锂LiCoO2成为新一代锂离子电池的成为新一代锂离子电池的正极材料。

正极材料 4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4晶晶体体结结构构具有具有Fd3m对称性的立方晶体，对称性的立方晶体，晶胞常数晶胞常数a=0.8245nm，晶胞体，晶胞体积积V=0.5609nm3氧离子为面心氧离子为面心立方密堆积立方密堆积(ABCABC….，相邻氧，相邻氧八面体采取共棱相联八面体采取共棱相联)，锂占据，锂占据1/8氧四面体间隙（氧四面体间隙（V4）位置）位置(Li0.5Mn2O4结构中锂作有序排列：结构中锂作有序排列：锂有序占据锂有序占据1/16氧四面体间隙氧四面体间隙)，锰占据氧，锰占据氧1/2八面体间隙八面体间隙（（V8）位置单位晶格中含有）位置单位晶格中含有56个原子个原子:8个锂原子，个锂原子，16个锰原个锰原子，子，32个氧原子，其中个氧原子，其中Mn3+和和Mn4+各占各占50% 4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4晶晶体体结结构构其结构可简单描述为其结构可简单描述为8个四面体个四面体8a位置由锂离子占位置由锂离子占据，据，16个八面体位置个八面体位置(16d)由锰离子占据，由锰离子占据，16d位置位置的锰是的锰是Mn3+和和Mn4+按按1:1比例占据，八面体的比例占据，八面体的16c位位置全部空位，氧离子占据八面体置全部空位，氧离子占据八面体32e位置。

该结构位置该结构中中MnO6氧八面体采取共棱相联，形成了一个连续氧八面体采取共棱相联，形成了一个连续的三维立方排列，即的三维立方排列，即[M2]O4尖晶石结构网络为锂离尖晶石结构网络为锂离子的扩散提供了一个由四面体晶格子的扩散提供了一个由四面体晶格8a、、48f和八面体和八面体晶格晶格16c共面形成的三维空道当锂离子在该结构共面形成的三维空道当锂离子在该结构中扩散时，按中扩散时，按8a-16c-8a顺序路径直线扩散顺序路径直线扩散(四面体四面体8a位置的能垒低于氧八面体位置的能垒低于氧八面体16c或或16d位置的能垒位置的能垒)，扩散路径的夹角为，扩散路径的夹角为107°，这是作为二次锂离子电，这是作为二次锂离子电池正极材料使用的理论基础池正极材料使用的理论基础 4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4电电化化学学性性能能1、理论容量为、理论容量为148mAh/g；；2、、 LixMn2O4的的x值在值在0.15—1之间变化时充放电是可之间变化时充放电是可逆的，可逆容量在逆的，可逆容量在120mAh/g左右，电压平台为左右，电压平台为4.15V。

3、过度嵌锂、过度嵌锂(即即x＞＞1)时在时在2.95V出现放电平台，但不出现放电平台，但不可逆4、当大电流充、放电或电流密度不均匀时，过渡嵌、当大电流充、放电或电流密度不均匀时，过渡嵌锂后形成的立方晶型会向四方晶型转变，发生锂后形成的立方晶型会向四方晶型转变，发生John-Teller畸变，这种转变住往发生在粉末颗粒表面或局畸变，这种转变住往发生在粉末颗粒表面或局部，导致结构的一致性破坏，且产生颗粒间的接触不部，导致结构的一致性破坏，且产生颗粒间的接触不良，致使锂离子的扩散和电极的导电性下降良，致使锂离子的扩散和电极的导电性下降        电子在简并轨道中的不对称占据会导致分子的电子在简并轨道中的不对称占据会导致分子的几何构型发生畸变几何构型发生畸变, 从而降低分子的对称性和轨道的从而降低分子的对称性和轨道的简并度简并度, 使体系的能量进一步下降使体系的能量进一步下降, 这种效应称为这种效应称为姜姜—泰勒效应泰勒效应John-Teller效应（畸变）效应（畸变）4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4电电化化学学性性能能A：贫锂相：贫锂相B：富锂相：富锂相4.14 Vx=0.354.03 V3.9 V锂离子随机嵌入锂离子随机嵌入引起引起John-Teller效应效应4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4电电化化学学性性能能锂锰比锂锰比Li1.05Mn2O4Li0.95Mn2O4Li1.05Mn2O4800℃℃烧成后淬火烧成后淬火结论结论：增加锂锰比，使少量的锂离子在材料合成过程中进入：增加锂锰比，使少量的锂离子在材料合成过程中进入16d八面体八面体Mn位，可提高锰的平均价态．高电压下不出现两相，减少位，可提高锰的平均价态．高电压下不出现两相，减少Jahn—Teller效应，从而改善稳定性。

效应，从而改善稳定性4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O4温温度度稳稳定定性性4 锂离子电池材料锂离子电池材料合合成成方方法法固相合成法固相合成法LiCO3化学二氧化锰化学二氧化锰(CMD)或电或电解二氧化锰解二氧化锰(EMD)充分混合充分混合750 ℃—800 ℃LiMn2O4锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O44 锂离子电池材料锂离子电池材料合合成成方方法法共沉淀法共沉淀法LiOHMn(OH)2乙醇乙醇LiClMnCl2KOH和丁醇和丁醇前驱体前驱体去除去除KOH热处理热处理LiMn2O4锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O44 锂离子电池材料锂离子电池材料凝胶法凝胶法合合成成方方法法锂和锰的乙酸盐锂和锰的乙酸盐甲醇甲醇柠檬酸柠檬酸沉淀沉淀300 ℃和和800℃加热加热蒸干蒸干干凝胶干凝胶LiMn2O4锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiMn2O44 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO4        目前，我国小容量锂电池目前，我国小容量锂电池——如电池、笔记本电如电池、笔记本电脑电池等的生产已基本趋于饱和，但是脑电池等的生产已基本趋于饱和，但是大容量的动力锂离大容量的动力锂离子电池子电池却依然没有进入市场。

电动车及大型移动电源应用却依然没有进入市场电动车及大型移动电源应用领域仍是铅酸体系电池占据着主导地位锂离子电池自问领域仍是铅酸体系电池占据着主导地位锂离子电池自问世以来一直以钴酸锂、锰酸锂正极材料为主导，钴酸锂及世以来一直以钴酸锂、锰酸锂正极材料为主导，钴酸锂及锰酸锂材料由于自身安全性差，循环寿命短、价格昂贵等锰酸锂材料由于自身安全性差，循环寿命短、价格昂贵等缺点，都不能真正适用锂离子动力电池产业需要缺点，都不能真正适用锂离子动力电池产业需要新一代新一代锂电正极材料磷酸铁锂锂电正极材料磷酸铁锂逐步粉墨登场后，真正为大容量锂逐步粉墨登场后，真正为大容量锂动力电池的发展和更新展现了广阔空间，开辟了新天地动力电池的发展和更新展现了广阔空间，开辟了新天地锂电池取代铅酸、镍氢等电池体系的局面将成为电池产业锂电池取代铅酸、镍氢等电池体系的局面将成为电池产业发展的必然趋势发展的必然趋势 4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO4        1997年年A.K.Padhi首次报导磷酸铁锂（首次报导磷酸铁锂（LiFePO4）具有）具有脱嵌锂功能该材料具有脱嵌锂功能。

该材料具有橄榄石型橄榄石型磷酸盐类嵌锂材料，磷酸盐类嵌锂材料，LiMPO4（（M：：Mn，，Fe，，Co，，Ni））, 成为很有潜力的锂离成为很有潜力的锂离子电池正极材料子电池正极材料        工作电压范围：工作电压范围：2.5～～3.6V，平台约，平台约3.3V，比钴酸锂电，比钴酸锂电池池3.7V低一些4 锂离子电池材料锂离子电池材料磷酸铁锂磷酸铁锂 钴酸锂钴酸锂 锰酸锂锰酸锂 镍钴酸锂镍钴酸锂 安全性安全性 最安全最安全 不安全不安全 可接受可接受 不安全不安全 循环寿命循环寿命 最佳（最佳（ 2000次）次） 可接受（可接受（ 1000次）次） 可接受（可接受（ 300次）次） 可接受可接受 功率功率 /重量密重量密度度 可接受可接受 好好 可接受可接受 最好最好 长期成本长期成本 经济经济 高高 可接受可接受 高高 环保环保 最环保最环保 危险危险 危险危险 充放电温度范充放电温度范围围 好好（（ -20～～70℃）） 性能下降性能下降（（ -20～～55℃）） 可接受（超过可接受（超过 50℃时迅速下降）时迅速下降） 锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料LiFePO4 电池内部结构电池内部结构 橄榄石结构橄榄石结构锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料磷酸铁锂动力电池磷酸铁锂动力电池 一般锂离子电池一般锂离子电池 锂离子动力电池锂离子动力电池 镍氢电池镍氢电池 标准电压标准电压 (V) 3.2 3.6 或或 3.7 3.6 或或 3.7 1.2 工作电压范围工作电压范围 (V) 3.0-3.3 3.0-4.2 3.0-4.2 1.0-1.4 单位质量容量单位质量容量 (mAh/g) 115 180 130 80 单位体积容量单位体积容量 (mAh/L) 220-240 280-300 220-240 200-220 最佳充电率最佳充电率 (C) 0.5-1.5 0.2-0.5 0.5-1.0 0.2-0.5 工作放电率工作放电率 (C) 2 1 2 0.5 最大放电率最大放电率 (C) 10 1.5 5 2 瞬间大电流脉冲瞬间大电流脉冲 (10C) 20 2 10 3 循环寿命（循环寿命（ 1C 充充 2C 放）放） >95% 60% 85% <50% 2000 次次 100 次次 300 次次 50 次次 大电流放电时循环寿命大电流放电时循环寿命 （（ 1C 充充 5C 放）放） >80% - 60% <50% 1000 次次 - 300 次次 10 次次 自放电率自放电率 ≤ 3% 较低较低 较低较低 温度耐受性温度耐受性 极佳极佳 (-20 ℃ ~70℃ 仍可正常使用仍可正常使用 ) 高于高于 55 ℃或低于或低于 -20 ℃则衰退则衰退 高于高于 50℃ 则迅速衰退则迅速衰退 安全性安全性 不燃烧不燃烧 不爆炸不爆炸 有可能大燃烧、爆炸有可能大燃烧、爆炸 有可能燃烧、爆炸有可能燃烧、爆炸 有可能燃烧有可能燃烧 零电压储存零电压储存 30 天天 无损伤无损伤 泄漏、损伤泄漏、损伤 泄漏、损伤泄漏、损伤 泄漏、损伤泄漏、损伤 环境友好度环境友好度 零污染零污染 污染小污染小 污染小污染小 - 电电池池性性能能锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料电电池池特特点点优优点点1、高效率输出：标准放电为、高效率输出：标准放电为2～～5C、连续高电流放电可达、连续高电流放电可达10C，瞬间脉，瞬间脉冲放电（冲放电（10S）可达）可达20C；； 2、高温时性能良好：外部温度、高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达时内部温度则高达95℃，电池放电结，电池放电结束时温度可达束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；，电池的结构安全、完好； 3、即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、、即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好安全性最好；； 4、极好的循环寿命，经、极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于次循环，其放电容量仍大于95%；； 5、过放电到零伏也无损坏；、过放电到零伏也无损坏； 6、可快速充电；、可快速充电； 7、低成本；、低成本； 8、、 对环境无污染。

对环境无污染 锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料应应用用范范围围1.大型电动车辆：公交车、电动汽车、大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；景点游览车及混合动力车等； 2、轻型电动车：电动自行车、、轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；铲车、清洁车、电动轮椅等； 3、电动工具：电钻、电锯、割草机等；、电动工具：电钻、电锯、割草机等； 4、遥控汽车、船、飞机等玩具；、遥控汽车、船、飞机等玩具； 5、太阳能及风力发电的储能设备；、太阳能及风力发电的储能设备； 6、、UPS及应急灯、警示灯及矿灯及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好安全性最好)；； 7、替代照相机中、替代照相机中3V的一次性锂电池及的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；电池（尺寸完全相同）； 8、小型医疗仪器设备及便携式仪器等小型医疗仪器设备及便携式仪器等 北京奥运大巴北京奥运大巴锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料磷酸铁锂的优点磷酸铁锂的优点1、安全。

磷酸铁锂的安全性能是目前所有的材料中最好、安全磷酸铁锂的安全性能是目前所有的材料中最好的当然它和其它磷酸盐的安全性能也基本一样，用磷酸的当然它和其它磷酸盐的安全性能也基本一样，用磷酸铁锂做电池，绝对不用担心爆炸问题的存在铁锂做电池，绝对不用担心爆炸问题的存在2、稳定性高包括高温充电的容量稳定性好，储存性能、稳定性高包括高温充电的容量稳定性好，储存性能好等这点是最大的优点，在所有知道的材料中，也是最好等这点是最大的优点，在所有知道的材料中，也是最好的3、环保整个生产过程清洁无毒所有原料都无毒不、环保整个生产过程清洁无毒所有原料都无毒不像钴是有毒的物质像钴是有毒的物质4、价格便宜磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料，、价格便宜磷酸盐采用磷酸源和锂源以及铁源为材料，这些材料都十分便宜，无战略资源及稀有资源这些材料都十分便宜，无战略资源及稀有资源锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料磷酸铁锂的缺点磷酸铁锂的缺点1、导电性差这个问题是其最关键的问题磷酸铁锂之所以这么晚还没有、导电性差这个问题是其最关键的问题磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。

但是，这个问题目前已经可以得到完大范围的应用，这是一个主要的问题但是，这个问题目前已经可以得到完美的解决：就是添加美的解决：就是添加C或其它导电剂实验室报道可以达到或其它导电剂实验室报道可以达到160mAh/g以上的以上的比容量2、振实密度较低一般只能达到、振实密度较低一般只能达到1.3-1.5，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的最大缺点这一缺点决定了它在小型电池如电池等没有优势即使它的最大缺点这一缺点决定了它在小型电池如电池等没有优势即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂这一缺点在动力电池方面不会突出因此，磷酸铁锂主要量的取代钴酸锂这一缺点在动力电池方面不会突出因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池是用来制作动力电池3、目前研究开发还不深入目前以磷酸铁锂作为正极材料的产业化情况并、目前研究开发还不深入目前以磷酸铁锂作为正极材料的产业化情况并不乐观因为还是最近两年发展起来的，所以各方面的研究还需要继续深入因为还是最近两年发展起来的，所以各方面的研究还需要继续深入。

 锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO4        最早的磷酸铁锂合成方式是最早的磷酸铁锂合成方式是J.B.Goodenough的的固相反应法该方法简单方便，容易操作，缺点是固相反应法该方法简单方便，容易操作，缺点是合成的周期较长，产物的批次稳定性难以控制如合成的周期较长，产物的批次稳定性难以控制如何在热处理及粉体加工的过程中防止二价铁的氧化何在热处理及粉体加工的过程中防止二价铁的氧化是合成的关键控制点是合成的关键控制点        目前不少研发团队开发出的碳热还原法、共沉目前不少研发团队开发出的碳热还原法、共沉淀法、水热法、喷雾热分解法等淀法、水热法、喷雾热分解法等4 锂离子电池材料锂离子电池材料制制备备方方法法锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料——LiFePO44 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料的发展锂离子电池正极材料的发展1、锂钴镍复合氧化物、锂钴镍复合氧化物2、改性的尖晶石复合正极材料、改性的尖晶石复合正极材料3、、Li2MMn3O8（（M代表代表Fe、、Co、、Cu））4、、LixMnO2(CDMO)5、无机非晶材料、无机非晶材料V2O5和和α—MnO26、导电高分子聚合物、导电高分子聚合物7、有机硫化物、有机硫化物4 锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池正极材料的发展锂离子电池正极材料的发展4 锂离子电池材料锂离子电池材料电解质材料电解质材料电解质的作用电解质的作用：在电池内部正负极之间形成良好的离子导电通：在电池内部正负极之间形成良好的离子导电通道。

道凡是能够成为离子导体的材料，如水溶液、有机溶液、聚合物、凡是能够成为离子导体的材料，如水溶液、有机溶液、聚合物、熔盐或固体材料，均可作为电解质熔盐或固体材料，均可作为电解质4 锂离子电池材料锂离子电池材料（（1））水水：水对许多离子具有很强的溶解能力水对许多离子具有很强的溶解能力优点优点：离子状态稳定、粘度小、电导率高等，是目前应用：离子状态稳定、粘度小、电导率高等，是目前应用最广泛的电解质最广泛的电解质缺点缺点：受水的分解电压：受水的分解电压(1.23V)的限制，水溶液电解质电的限制，水溶液电解质电池的最高电压只能在池的最高电压只能在2.0 V以内2））有机溶剂电解质有机溶剂电解质：：优点优点：由于使用强还原性活泼金属及其化合物作为负极材：由于使用强还原性活泼金属及其化合物作为负极材料，电池的工作电压得以大幅提高料，电池的工作电压得以大幅提高缺点缺点：有机溶液的电导率通常较水溶液低得多，有机电解：有机溶液的电导率通常较水溶液低得多，有机电解液电池的输出功率比较低液电池的输出功率比较低电解质材料电解质材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料（（3））熔融无机盐熔融无机盐：：优点优点：高电导率、高电压；：高电导率、高电压；缺点缺点：仅能在高温下工作。

仅能在高温下工作4））聚合物或无机固体聚合物或无机固体：：优点优点：无漏液，电池的尺寸形状容易设计，电池的可靠性：无漏液，电池的尺寸形状容易设计，电池的可靠性大力增强大力增强缺点缺点：到目前为止能够满足实用：到目前为止能够满足实用电池要求的聚合物或无机固体电解质仍十分有限电池要求的聚合物或无机固体电解质仍十分有限电解质材料电解质材料4 锂离子电池材料锂离子电池材料电解质材料电解质材料—非水有机溶剂电解质非水有机溶剂电解质基基本本要要求求1、、高度的化学和电化学稳定性高度的化学和电化学稳定性：不能选用含有活泼：不能选用含有活泼氢原子的有机溶剂；氢原子的有机溶剂；2、、高电导率高电导率：有机溶剂应具有能够溶解足量电解质：有机溶剂应具有能够溶解足量电解质盐并保证离子快速迁移的能力，这样，只能选用具有盐并保证离子快速迁移的能力，这样，只能选用具有较高介电常数较高介电常数及及较小粘度较小粘度的有机溶剂电解质盐的溶的有机溶剂电解质盐的溶解与溶剂的介电常数及正负离子的性质有关解与溶剂的介电常数及正负离子的性质有关3、具有较高的沸点和较低的熔点，以使锂电池能够、具有较高的沸点和较低的熔点，以使锂电池能够在较宽的温度范围内工作。

在较宽的温度范围内工作4 锂离子电池材料锂离子电池材料电电解解质质盐盐锂盐在溶剂中的溶解度与其晶格能和溶剂化程度有关锂盐在溶剂中的溶解度与其晶格能和溶剂化程度有关电解质锂盐多选用具有电解质锂盐多选用具有较大体积较大体积的氧或氟的复式盐的氧或氟的复式盐常用的锂盐有常用的锂盐有LiClO4、、LiBF4、、LiPF6、、LiCF3SO3等电解质材料电解质材料—非水有机溶剂电解质非水有机溶剂电解质4 锂离子电池材料锂离子电池材料应应用用与与进进展展LiPF6/EC（碳酸乙烯酯）（碳酸乙烯酯）+DMC（二甲基碳酸酯）（二甲基碳酸酯）及及LiPF6/PC（碳酸丙烯酯）（碳酸丙烯酯）+ DEC （二甲基碳酸酯）（二甲基碳酸酯）被证明是满足石墨与焦炭类锂离子电池的优良电解被证明是满足石墨与焦炭类锂离子电池的优良电解质体系电解质材料电解质材料—非水有机溶剂电解质非水有机溶剂电解质附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题锂电池为什么有安全性问题锂电池为什么有安全性问题  1、、内部短路是如何形成的内部短路是如何形成的：锂离：锂离子电池的最大的隐患是应用钴酸锂子电池的最大的隐患是应用钴酸锂的锂离子电池在过充的情况下（甚的锂离子电池在过充的情况下（甚至正常充放电时），锂离子在负极至正常充放电时），锂离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路。

部短路  2、、 产生大电流产生大电流：外部短路，内：外部短路，内部短路将产生几百安培的过大电流部短路将产生几百安培的过大电流 i. 外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量 ii. 内部短路，主要原因是隔膜被穿透，内部形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环 附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题锂电池为什么有安全性问题锂电池为什么有安全性问题 3、、 气体是哪里来的气体是哪里来的：锂离子电：锂离子电池为达到单只电芯池为达到单只电芯 3 －－ 4.2V 的高的高工作电压（镍氢和镍硌电池工作工作电压（镍氢和镍硌电池工作电压为电压为 1.2V ，铅酸电池工作电压，铅酸电池工作电压为为 2V ），必须采取分解电压大），必须采取分解电压大于于 2V 的有机电解液，而采用有的有机电解液，而采用有机电解液在大电流，高温的条件机电解液在大电流，高温的条件下会被电解，电解产生气体，导下会被电解，电解产生气体，导致内部压力升高，严重会冲破壳致内部压力升高，严重会冲破壳体体 附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题锂电池为什么有安全性问题锂电池为什么有安全性问题  4、、 燃烧是如何发生的燃烧是如何发生的：热量：热量来源于大电流，同时在高电压来源于大电流，同时在高电压（超过（超过 5V ）情况下，正极锂的）情况下，正极锂的氧化物也会发生氧化反应，析氧化物也会发生氧化反应，析出金属锂，在气体导致壳体破出金属锂，在气体导致壳体破裂的情况下，与空气直接接触，裂的情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急速膨胀，发生强烈火焰，气体急速膨胀，发生爆炸。

发生爆炸附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题锂电池为什么有安全性问题锂电池为什么有安全性问题  5、、 聚合物电池是否会有安全性问题聚合物电池是否会有安全性问题：：聚合物电池与锂离子电池的区别在于电聚合物电池与锂离子电池的区别在于电解液为胶状、半固态，锂离子电池电解解液为胶状、半固态，锂离子电池电解液为液态所以，聚合物电池可以使用液为液态所以，聚合物电池可以使用软包装，在内部产生气体时，可以更早软包装，在内部产生气体时，可以更早的突破壳体，避免气体聚集过多，产生的突破壳体，避免气体聚集过多，产生激烈涨裂但聚合物电池并没有从根本激烈涨裂但聚合物电池并没有从根本上解决安全性问题，同样使用钴酸锂和上解决安全性问题，同样使用钴酸锂和有机电解液，而且电解液为胶状，不易有机电解液，而且电解液为胶状，不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是聚合物电池安全性最大的问题聚合物电池安全性最大的问题 附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题         锂离子电池的安全性问题，并不是外围问锂离子电池的安全性问题，并不是外围问题，而是一个基于材料技术的本质问题。

题，而是一个基于材料技术的本质问题 附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题 在在材材料料技技术术上上取取得得突突破破1、、 选择安全的正极材料选择安全的正极材料，目前的正极有钴酸锂和锰，目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品钴酸锂在小电芯方面是很酸锂两种量产的材料产品钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系，由于钴酸锂在分子结构方面的特点：充成熟的体系，由于钴酸锂在分子结构方面的特点：充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶所以电池频频发生爆炸事件，离到负极形成枝晶所以电池频频发生爆炸事件，一方面是由于保护电路失效，但更重要的是在材料方一方面是由于保护电路失效，但更重要的是在材料方面并没有根本的解决问题。

同时钴酸锂的氧化性强，面并没有根本的解决问题同时钴酸锂的氧化性强，在在 175 度时就会分解，壳体泄漏，与空气接触，发生度时就会分解，壳体泄漏，与空气接触，发生燃烧、爆炸燃烧、爆炸 附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题 在在材材料料技技术术上上取取得得突突破破  2、、 选择锰酸锂材料选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生同时锰酸锂稳固中，从根本上避免了枝晶的产生同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂超过钴酸锂 100 度，即使由于外力发生内部短路度，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险 附：附： 锂离子电池的安全性问题锂离子电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题如何解决大容量锂电池的安全性问题 在在材材料料技技术术上上取取得得突突破破3、、 选择热关闭性能好的隔膜选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。

当温度升电池正负极的同时，允许锂离子的通过当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至 2000 欧姆，让内部反应停止下来欧姆，让内部反应停止下来 4、、 防爆阀防爆阀：当内部压力或温度达到预置的标准时，：当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂5、、 保护电路保护电路。