锂离子电池的应用﹑研究与发展.ppt

锂离子电池的研究与发展,陈彬,目 录,锂离子二次电池的起源,图1.1 有关电池的发展历史,图 1.2 锂离子电池在二次电池市场占有率的趋势,锂离子二次电池的发展,二次电池,市场上二次电池的种类,镍镉电池,锂离子电池,氢镍电池,铅酸电池 (电瓶),图 1.3 商业化的二次电池种类,锂离子电池的优点,电压高 (Ni-Cd、Ni-H电池的3倍 ); 比能量大 (2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH); 循环寿命长 (500次以上,甚至1000次以上); 安全性能好,无公害,无记忆效应; 自放电小(低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的 30-35%); 可快速充放电; 工作温度范围高， 重量小,锂离子电池的主要市场,图 1.4 锂离子电池的主要应用,福特Escape混合动力车,锂离子电池的未来市场,图 1.5 锂离子电池的拓展市场,锂离子二次电池的发展,图 1.6 锂离电池需求量预测,随着材料研发的不断进步和电池电化学性能的提高,锂离子电池仍然会快速增长,霸占着二次电池市场,锂离子电池的原理示意图,以氧化钴锂为正极材料，石墨为负极材料的锂二次电池充放电示意图 分别代表石墨炭原子、氧原子及钴原子,图 2.1 锂离子电池的充放电原理示意图,正极反应:,负极反应:,总的反应:,锂离子电池的反应机理,电极反应: 可逆地嵌入和脱嵌Li+的过程,锂离子电池的负极材料,石墨:作为碳材料中的一种，与锂形成石墨嵌入化合物（Graphite Intercalation Compounds）LiC6 .,制备高纯度和规整的微结构碳负极材料, 巴基球C60 、碳纳米管和其它纳米尺度的嵌锂微结构.增加材料结构的稳定性,特殊结构的金属氧化物如新型锡复合氧化物基负极材料.质量比能量较碳负极材料大大提高,电容量以及循环性能得到提高,石墨材料的改性 引入非金属元素： H、B、N、Si 、P、S 等 引入金属元素：K、Mg、Al、Ga、V、Ni、Co、Cu、Fe 等 表面处理:氧化处理采用碳包覆包覆金属及其氧化物聚合物包覆,容量循环衰减,锂离子二次电池的市场发展,锂离子电池目前已经成为便携式电器(手机、笔记本电脑等)标配电源。 锂离子电池作电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)的动力电源也会得到更广泛应用。 在航空航天领域、军事应用、微型机电系统、动力负荷调节系统生物领域等方面，锂离子电池会扮演越来越重要的角色。,参考文献,1. Kisuk Kang, Ying Shirley Meng, Julien Brger, Clare P. Grey, and Gerbrand Ceder, Electrodes with High Power and High Capacity for Rechargeable Lithium Batteries, Science 311 (2006) 977-980. 2. Hiroyuki Nishide and Kenichi Oyaizu, Toward Flexible Batteries, Science 319 (2008) 737-738. 3. Joe Alper, The Battery: Not Yet a Terminal Case, Science 296 (2002) 1224-1226. 4. 吴宇平等编著,锂离子二次电池 ,化学工业出版(2002),P99-103. 5. Y. Kim, H.S. Kim, S.W. Martin, Synthesis and electrochemical characteristics of Al2O3-coated LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode materials for lithium ion batteries, Electrochimica Acta 52 (2006) 1316-1322. 6. L. Liu, Z. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, Al2O3-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion batteries, Solid State Ionics 152-153 (2002) 341-346. 7. Robert F. Service, Shrinking Dimensions Spur Research Into Ever-Slimmer Batteries, Science 308 (2005) 786. 8. Jaephil Cho*, VOx-coated LiMn2O4 nanorod clusters for lithium battery cathode materials, Journal of Materials Chemistry 18 (2008) 22572261.,参考文献,9. Lifen Xiao et al .Enhanced electrochemical performance of submicron LiCoO2 synthesized by polymer pyrolysis method, Journal of Solid State Electrochemistry (2008) 12:149153. 10. S. Castro-Garc, A. Castro-Couceiro, M.A. Senarir-Rodriuez, F. Soulette, C. Julien, Influence of aluminum doping on the properties of LiCoO2 and LiNi0.5Co0.5O2 oxides, Solid State Ionics 156 (2003) 15-26. 11. H. Cao, B. Xia, Y. Zhang, N. Xu, LiAlO2-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion batteries, Solid State Ionics 176 (2005) 911-914. 12. J.C. Arrebola, A. Caballero, L. Hern, J. Morales, PMMA-assisted synthesis of Li1-xNi0.5Mn1.5O4-d for high-voltage lithium batteries with expanded rate capability at high cycling temperatures, Journal of Power Sources 180 (2008) 852-858. 13. A. Dailly, R. Schneider, D. Billaud, Y. Fort, P. Willmann, New graphite- antimony composites as anodic materials for lithium-ion batteries.: Preparatio