（化学工程与技术专业论文）动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能研究.pdf

ch e m i c a l r d e g r e e t i t l e ：苎! 坠堕yq 坠i ! 塾i 坠也圣! q 坠里塾q 曼乜塾垒! 皇苎垒苎垒! 塾q 堕金 丛垒! 皇! i 垒! 鱼! = q 型宝! 坠i ! 塾i 丛堡：i q 坠垦垒主圭呈迎 s p e c i a l i t y ：h 曼蛩! i 鱼垒! 基塾g i n 金星d 旦gi 皿d 墅q h n q ! q g y s u p e r v i s o r ：墅q 翌竖星坠墨h 盟g 显卫g d a t e ：m a y 1 5 ，2 0 1 1 北京化工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 刎年巧月沪曰 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人己发表或撰写过的研究成果，亦不包括为获得北京化工大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本论文所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：幽日期：碰堑：兰! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京化工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 签名：堂嗵导师签名：拇 日期：秒玑。只护 关于知识产权的声明 本论文取得的研究成果( 包括提出的创新构思、得到的实验规律和科 学结论等) ，其知识产权全部归北京化工大学所有。本文作者只能以北京 化工大学为第一完成单位发表本论文的研究成果。其他个人及单位未征得 北京化工大学的许可，不得以任何方式使用本论文的研究成果。违反上述 规定者将承担相应的法律责任。 签名：髯趱导师签名：毒曼迎 日期： 绌丛垄! 学位论文数据集 中图分类号t q l5 2 学科分类号 l5 0 5 5 论文编号 l0 0 10 2 0 1 1 1 l0 3 密级 公开 学位授予单位代 10 0 1o 学位授子单位名称北京化工大学 码 作者姓名陈立鹏学号 2 0 0 8 0 0 1 l0 3 获学位专业名称化学工程与技术 获学位专业代码 0 8 17 0 4 课题来源国家自然科学基金研究方向 锂离子电池正极材料 论文题目动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能研究 锂离子电池，磷酸铁锂，修复包覆，多元掺杂，高温化成，高温性能，电化学 关键词 性能 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月l7 日事论文类型基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师杨文胜教授 北京化工大学应用化学 评阅人1张法智教授北京化工大学 应用化学 评阅人2 刘海梅副教授北京化工大学应用化学 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席李保山教授北京化工大学 应用化学 答辩委员1李蕾教授北京化工大学 物理化学 答辩委员2刘建军副教授北京化工大学无机化学 答辩委员3李顺来副教授北京化工大学有机化学 答辩委员4徐赛龙副教授北京化工大学 应用化学 答辩委员5刘洪涛副教授北京化工大学无机化学 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t13 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能研究 摘要 随着动力电池和储能电池产业的飞速发展，人们对锂离子电池的使用 寿命和安全性能提出了更高的要求。相对其它传统正极材料，磷酸铁锂材 料具有循环性能好和安全性能高这两大显著特点，因此成为动力和储能锂 离子电池首选的正极材料，引起了人们广泛的关注和研究。但是，磷酸铁 锂材料仍然存在着高温循环容量衰减，电子电导率和离子扩散速率低等问 题，从而制约了磷酸铁锂材料及其电池的进一步发展和应用。 本论文以改善磷酸铁锂材料和电池的电化学性能为目标，分别采用修 复包覆，多元掺杂和高温化成的方法来改善磷酸铁锂材料及其电池的电化 学性能。具体研究内容包括以下三部分： ( 1 ) 针对橄榄石型磷酸铁锂材料高温循环容量衰减的问题，本论文 采用a 1 p 0 4 纳米颗粒对l i f e p 0 4 c 材料进行选择性的修复包覆。由实验结 果可知，a 1 p 0 4 修复包覆能够降低l i f e p 0 4 c 材料在l i p f 6 电解液体系中 因酸蚀而溶f e 2 + 的现象，从而改善l i f e p 0 4 c 材料的高温循环性能，并且 对l i f e p 0 4 c 材料的安全性能没有造成不利影响。 ( 2 ) 针对橄榄石型磷酸铁锂材料电子电导率和离子扩散速率低的问 题，本论文采用采用碳热还原法制备l i f e p 0 4 c 材料，并进行t i 元素锂 位和m n 元素铁位共掺杂。由实验结果可知，t i + m n 共掺的协同作用能够 改善l i f e p 0 4 c 材料的电子电导率和锂离子扩散速率，从而改善 北京化t 人学颂i ：学位论文 l i f e p 0 4 c 材料的倍率和循环等电化学性能。 ( 3 ) 针对电池s e i 膜质地影响锂离子电池电化学性能发挥的问题， 本论文采用高温化成工艺对磷酸铁锂电池进行激活化成。由实验结果可 知，高温化成能够提高石墨负极s e i 膜的抗热冲击稳定性，从而改善磷酸 铁锂电池的高温循环性能，并且不影响电池的常温循环性能。 关键词：锂离子电池，磷酸铁锂，修复包覆，多元掺杂，高温化成，高温 性能，电化学性能 i n d u s t r y ，t h eh i g h e rr e q u i r e m e n t so fl i t h i u mi o nb a t t e 叫o ns a f e t ya n dc y c l e p e r f o r m a n c eh a v eb e e np u tf o r w a r d c o m p a r e dw i t h o t h e rc o n v e n t i o n a l c a t h o d em a t e r i a l s ，l i t h i u mi r o np h o s p h a t em a t e r i a lh a sh i g hs a f e t ya n d1 0 n g c y c l ep e r f o m a n c e t h e r e f o r e ，l i t h i u mi r o np h o s p h a t em a t e r i a lb e c o m e st h e p r e f e r r e dc a t h o d em a t e r i a lo fp o w e ra n de n e 唱ys t o r a g el i t h i u mi o nb a t t e 以 a n dh a sa r o u s e dw i d e s p r e a da t t e n t i o na n dr e s e a r c h h o w e v e r ，1 i t h i u mi r o n p h o s p h a t em a t e r i a l s t i l le x i s t p r o b l e m si n c l u d i n gh i g ht e m p e r a t u r ec y c l e c a p a c i t yf a d i n g ，l o we l e c t r o n i cc o n d u c t i v i 哆a n d1 i t h i u mi o nd i f | 瞰s i v i t ya n ds o o n ，w h i c hw o u l dh i n d e rt h el i t h i u mi r o np h o s p h a t em a t e n a la n db a t t e 巧如r t h e r d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n i nt h i s t h e s i s ， a i m st oi m p r o v et h ee l e c t r o c h e m i c a lp e 怕衄a n c eo f l i t h i u mi r o np h o s p h a t em a t e r i a la n db a t t e r y t h er e p a i rc o a t i n g ，m u l t i d o p i n g a n d h i g ht e m p e r a t u r e f o m l a t i o nm e t h o dh a s b e e n a d o p t e d ， r e s p e c t i v e l y ：s p e c i 6 cr e s e a r c hi n c l u d e st h ef 0 1 l o w i n gt h r e ep a r t s ： ( 1 ) f o rt h eh i g ht e m p e r a t u r ec y c l ec a p a c i t y f a d i n go fo l i v i n e t y p e 北京化t 人学硕i ：学位论文 l i f e p 0 4 cm a t e r i a l ，t h ea 1 p 0 4n a n o p a n i c l e sh a v eb e e na d o p t e dt or e p a i r c o a t i n gl i f e p 0 4 cs e l e c t i v e ly f r o mt h er e s u l to fe x p e n m e n t s ，t h ea 1 p 0 4 r e p a i rc o a t i n gc o u l dr e d u c et h ef e 2 + d i s s 0 1 v e df 两ml i f e p 0 4 cm a t e r i a li nt h e l i p f 6e l e c t r 0 1 ”es y s t e m ， c o u l d i m p r o v e t h e h i g ht e m p e r a t u r ec y c l e p e r f o n n a n c eo fl i f e p 0 4 cm a t e r i a l ，a n dh a v en oa d v e r s ee f f e c t sa n dd a m a g e t ot h es a f e t yo fl i f e p 0 4 cm a t e r i a l ( 2 ) f o rt h el o we l e c t r o n i cc o n d u c t i v i t ya n dl i t h i u mi o nd i f m s i v i t yo f o l i v i n e - t y p el i f e p 0 4m a t e r i a l ， t h el i f e p 0 4 ch a v e b e e n p r e p a r e db y c a r b o t h e m a lr e d u c t i o nm e t h o d ，a n dc o d o p e dw i t ht i + m ne l e m e n t si nl i s i t e a n df e s i t e f r o mt h er e s u l to fe x p e r i m e n t s ，t h es y n e 唱yo ft i + m nc o - d o p i n g c o u l di m p r o v et h ee l e c t r o n i cc o n d u c t i v i t ya n dl i t h i u mi o nd i f 砘s i v i t yo f l i f e p 0 4 cm a t e a l ，c o u l di m p r o v et h er a t ep e 而n 1 1 a n c e ，c y c l i n gp e 墒n 1 1 a n c e a n ds oo n ( 3 ) f o r t h es e iq u a l i t yw o u l di n n u e n c et h ee l e c t r o c h e m i c a lp e r f o n n a n c e o f1 i t h i u mi o nb a t t e r y ，t h el i t h i u mi r o np h o s p h a t eb a t t e wh a sb e e na c t i v a t e d w i t hh i g ht e l p e r a m r ef o n l l a t i o np r o c e s s f r o mt h er e s u l to fe x p e n m e n t s ，t h e h i g ht e m p e r a t u r ef o r m a t i o nc o u l di m p r o v et h et h e m a ls t a b i l i t yo fg r a p h i t e a n o d es e if i l m ，c o u l di m p r o v et h eh i g ht e m p e r a t u r ec y c l ep e r f o m l a n c eo f l i t h i u mi r o n p h o s p h a t eb a t t e i ma n dh a v e n oa d v e r s ee f f e c t st ot h er o o m t e m p e r a t u r ec y c l ep e r f o m a n c eo fb a t t e i v a b s t r a c t i o nb a t t e r y ，l i t h i u mi r o np h o s p h a t e ，r e p a i rc o a t i n g ， n g ，h i g ht e m p e r a t u r ef o m a t i o n ，h i g ht e m p e r a t u r e c e ，e l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c e v 日录 目录 第一章绪论l 1 1 引言1 1 2 锂离子电池简介1 1 2 1 锂离子电池的发展1 1 2 2 锂离子电池的特点2 1 2 3 锂离子电池的工作原理3 1 2 4 锂离子电池的基本结构3 1 3 锂离子电池的研究进展4 1 3 1 负极材料一4 1 3 2 电解液6 1 3 3 隔膜一6 1 3 4 正极材料6 1 4 橄榄石型正极材料磷酸铁锂( l i f e p 0 4 ) 的研究进展8 1 4 1 “f e p 0 4 的结构8 1 4 2l i f e p 0 4 的充放电机理9 1 4 3l i f e p 0 4 的性能特点1 0 1 4 4 “f e p 0 4 的制备方法1 1 1 4 5l i f e p 0 4 的应用l2 1 4 5 “f e p 0 4 的问题13 1 4 6 “f e p 0 4 的改性研究14 1 5 选题依据和研究内容1 7 第二章实验部分l9 2 1 实验试剂一19 2 2 实验仪器19 2 3 电池组装和测试2 0 2 3 1c r 2 0 3 2 扣式电池的组装2 0 2 3 21 4 5 0 0 型电池的组装2 0 2 3 3 恒流充放电测试2 1 2 3 4 交流阻抗测试2 l v l i 北京化丁人学颂i j 学位论义 2 4 安全实验2 1 2 4 1 热箱实验2 2 2 4 2 过充实验2 2 2 4 3 短路实验2 2 2 4 4 穿针实验2 2 2 5 材料表征2 3 2 5 1 热重差热( t g d t a ) 分析2 3 2 5 2 热重一质谱联用( t g m s ) 分析2 3 2 5 3x 射线衍射( x r d ) 分析2 3 2 5 4 碳氢元素分析2 3 2 5 5 电感耦合等离子体发射光谱( i c p a e s ) 分析2 4 2 5 6 比表面( b e t ) 分析2 4 2 5 7 扫描电镜( s e m ) 及能谱( e d s ) 分析2 4 2 5 8 高分辨透射电镜( h r t e m ) 分析2 4 第三章磷酸铝修复包覆l if e p 0 。c 材料的研究2 5 3 1 引言2 5 3 2 实验方法2 5 3 3 结果与讨论2 6 3 3 1 “f e p 0 4 c 和“f e p 0 4 c a l p 0 4 材料的表征2 6 3 3 2l i f e p 0 4 c a l p 0 4 材料的电化学性能分析31 3 3 3l i f e p 0 4 c a 1 p 0 4 材料的安全实验分析3 4 3 4 本章小结3 7 第四章t i + m n 多元掺杂l i f e p 0 4 c 材料的研究3 9 4 1 引言3 9 4 2 实验方法3 9 5 2 1 “f e p 0 4 c 材料的制备3 9 4 2 2l 协9 t 讥l f e o 9 9 m n o o i p 0 4 c 材料的制备4 0 4 3 结果和讨论4 0 4 3 1l i f e p 0 4 c 材料制备工艺条件的考察4 0 4 3 2l i o9 9 t i o o l f e o 9 9 m n o o l p 0 4 c 材料制备工艺条件的考察4 6 4 3 3l i f e p 0 4 c 与l i o 舯t i o o i f e 0 9 9 m n 0 o l p 0 4 c 材料的表征4 8 v l i i 学性能的比较5 0 5 2 5 3 5 3 5 3 5 4 5 4 5 4 5 7 5 8 第六章结论与展望5 9 参考文献6 1 研究成果及发表的学术论文6 7 致 射6 9 作者及导师简介7 l i x 9 9 o 5 5 6 点 论新望结创展 1 2 3 6 6 6 c o n t e n t s c o n t e n t s e r1i n t r o d u c t i o n 一l i n t r o d u c t i o n 1 i n t r o d u c t i o no fl i t h i u mi o nb a t t e r y 一1 1 2 1d e v e l o p m e n to f l i t h i u mi o nb a t t e 叫一1 1 2 2c h a r a c t e d s t i c so f l i t h i 啪i o nb a t t e r v 2 1 2 3p r i n c i p l eo fl i t h i u mi o nb a t t e r y 3 1 2 4s t m c t l j r eo f l i t h i u mi o nb a t t e r y 3 1 3r e s e a r c ho f l i t h i u mi o nb a t t e r y 4 1 3 1a n o d em a t e r i a l 4 1 3 2e l e c t r o l v t e 一6 1 3 3s e d e r a t e r 6 1 3 4c a t h o d em a t e r i a l 6 1 4r e s e a 】? c ho f o l i v i n e t y p el i f e p 0 4 8 1 4 1s t r u c 劬o fl i f e p o “一8 1 4 2c h a r g i n ga n dd i s c h a 晒n gm e c h a n i s mo fl i f e p 0 4 9 1 4 3f e a t l l r e so fl i f e p 0 4 1o 1 4 4p r e p a r a t i o no fl i f e p 0 4 1l 1 4 5a p p l i c a t i o no f l i f e p 0 4 1 2 1 4 5p r o b l 锄o fl i f e p 0 4 l3 1 4 6m o d i f i c a t i o no fl i f e p 0 4 14 1 5b a s e sa n dr e s e a r c ho fs u b i e c t 17 c h a p t e r2e x p e r i m e n t a ls e g m e n t 一19 2 1r e a g e n t s 1 9 2 2i n s t m m e n t s l9 2 3a s s e m b l ya n dt e s t i n go f b a t t e r y 2 0 2 3 1a s s e m b l yo fc r 2 0 3 2 一t y p ec o i nc e l l 2 0 2 3 2a s s e m b l yo f1 4 5 0 0 t y p el i t h i u mi o nb a t t e r y 2 0 x l 北京化丁人学顺i ：学位论文 2 3 3c h a r g ea n dd i s c h a 唱et e s t 2l 2 3 4a ci m p e d a n c et e s t 一2 1 2 4s a r ye x p e r i m e n t 21 2 4 1h o t b o xt e s t 2 2 2 4 2o v e r - c h a r g et e s t j 2 2 2 4 3s h o r t c i r c u i tt e s t 2 2 2 4 4n a 订一d e n e t r a t i o nt e s t 2 2 2 5c h a r c a t e n z a t i o n 2 3 2 5 1t g d t aa n a l v s i s 一2 3 2 5 2t g m sa i l a l v s i s 2 3 2 5 3x r da n a l v s i s 2 3 2 5 4c 、he l e i i l e n ta 1 1 a l v s i s 2 3 2 5 5i c p a e sa n a l v s i s 2 4 2 5 6b e ta n a l v s i s 2 4 2 5 7s e ma n de d sa i l a l v s i s 2 4 2 5 8h r t e ma n a l v s i s 2 4 c h a p t e r3r e s e a r c ho fl i f e p 0 4 ci na l p 0 4r e p a i rc o a t i n g 2 5 3 11 1 1 t r o d u c t i o n 2 5 3 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 2 5 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 6 3 3 1c h a r c a t e r i z a i o no fl i f e p 0 4 ca n dl i f e p 0 4 c - a l p 0 4 2 6 3 3 2e l e c t r o c h e m i c a lp e r f o n n a n c eo fl i f e p 0 4 c a l p 0 4 31 3 3 3s a r ye x p e r i m e n to fl i f e p 0 4 c a 1 p 0 4 3 4 3 4s u m m a r y 3 7 c h a p t e r 4r e s e a r c ho fl i f e p 0 4 ci nt i + m n m u l t i d o p i n g 3 9 4 1i n t r o d u c t i o n 3 9 4 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 3 9 4 2 1p r e p a r a t i o no fl i f e p 0 4 c 3 9 4 2 2p r e p a r a t i o no fl i o 9 9 t i o o l f e 0 9 9 m i l 0 o l p 0 4 c 4 0 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 4 0 4 3 1i n v e s t i g a t i o no f l i f e p 0 4 cp r 印a r a t i o nc o n d i t i o n 4 0 x i i c o n t e n t s 4 3 2i n v e s t i g a t i o no f l i o 9 9 t i o o l f e 0 9 9 m n o o i p 0 4 cp r 印a r a t i o nc o n d i t i o n 4 6 4 3 3c h a r c a t e z a t i o no fl i f e p 0 4 ca n d “o 9 9 t i o o i f e o 9 9 m n o o l p 0 4 c 4 8 4 3 4e l e c t r o l c h 锄i c a lp e r f o 咖a n c ec o m p a t i o no fl i o 9 9 t i o o l f e o j 9 9 m n o o l p 0 4 c a n dl i f e p 0 4 c 5 0 4 4s u m m a 叫5 2 c h a p t e r5 r e s e a r c ho fl i f e p 0 4 m c m bb a t t e r yi n h i g ht e m p e r a t u r e f o m a t i o n 一5 3 5 1 i n t r o d u c t i o n 一5 3 5 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 5 3 5 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 5 4 5 3 1i n n u e n c eo ff o r m a t i o np r o c e s st o “f e p 0 4 门c m bb a t t e 巧一5 4 5 3 2a ci m p e d a n c et e s to f l i f e p 0 4 m c m bb a t t e i y 一5 4 5 3 3s e m a n a l y s i so f 可a p h i t ea n o d ei nl i f e p 0 4 m c m bb a t t e r y 5 7 5 4s u m m a r y 5 8 c h a p t e r6c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t 5 9 6 1c o n c h l s i o n 5 9 6 2h m o v a t i o n 5 9 6 3p r o s p e c t 6 0 r e f e r e n c e s 6 1 p u b l i c a t i o n s 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t 6 9 i n t r o d u c t i o no fa u t h o ra n da d v i s e r 7 l x i l i d m c d e c e c m 0 1 l l m k 9 1 w h l i m a h 百1 m a 9 1 珈l a 锄2 j 儋 印m g e f n e t 碳酸二甲酯 碳酸二乙酯 碳酸乙烯酯 摩尔升 瓦时千克 瓦时升 毫安时克 毫安克 毫安平方厘米 焦耳克 转吩钟 吉稚斯自由能差 氧化还原电位 法拉第常数 电荷转移数 电位 温度差 x v 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着世界能源危机和环境污染问题的同益严重，纯电动汽车( e v ) 、混合动力汽 车( h e v ) 和插电式混合动力汽车( p h e v ) 的研究、丌发和应用得到了迅速的发展。 传统的动力电源主要采用铅酸电池或镍氢电池，但是它们存在着使用寿命短、自放电 大和环境不友好等问题。锂离子电池具有比能量高、电压高、寿命长、质量轻、自放 电小、无记忆效应和无污染等优点【l 。】。因此锂离子电池取代传统的铅酸电池或镍氢电 池，而成为纯电动汽车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车的新型动力电源。 锂离子电池的综合性能与电池材料的性能密切相关，其中研究和改善正极材料的 性能是关键。因此开发安全性能好，循环寿命长且价格低廉的新型正极材料，是目前 发展动力锂离子电池技术的重要研究课题。各国政府都对动力锂离子电池及其关键材 料的研究和开发，给予了相当大的政策扶持和资金投入。 目前广泛研究的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂( “c 0 0 2 ) 【4 1 、镍酸锂( l i n i 0 2 ) 【5 1 、锰酸锂( “m n 2 0 4 ) 【6 】和磷酸铁锂( l i f e p 0 4 ) 【7 】等。其中，钴酸锂成本高，安全 性能差；镍酸锂制备困难，热稳定性差；锰酸锂比容量低，高温循环性能差。而磷酸 铁锂具有循坏寿命长，安全性能高，原料来源丰富和绿色环保等优点，是动力和储能 锂离子电池的首选正极材料，是目前正极材料体系中的研究热点。因此研究和改善动 力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能具有着重要的科学意义和应用价值。 1 2 锂离子电池简介 1 2 1 锂离子电池的发展 锂二次电池的研制，开始于二十世纪六十年代初。由于军用和民用领域对质量轻 且性能好的电池有着迫切需求，从而使得以金属锂为负极的各种高比能量锂二次电池 相继出现，并获得了迅速发展和应用。但是这种以金属锂为负极的锂二次电池体系最 终未能实现商品化，因为它在充放电过程中，会因为电极表面的凹凸不平而导致电极 表面电位分仃不均，从而造成金属锂不均匀沉积。这种不均匀沉积会导致金属锂在某 些电极表面部位沉积过快，从而生长成为锂枝晶。金属锂枝晶，一方面会发生折断而 造成锂二次电池容量的不可逆损失；另方面会刺穿锂二次电池的隔膜而造成电池内 部短路，从而引起电池着火甚至爆炸，存在着严重的安全隐患捧j 。 1 9 8 0 年a m a n d 【9 】提出“摇椅式电池”( r o c k i n gc h a i rb a t t e r i e s ) 的构想，使得锂二 次电池得到了突破性的发展，即采用高插锂电势的嵌锂化合物作为f 极，低插锂电势 北京化t 人学颀，l ：学位论文 的嵌锂化合物代替金属锂作为负极，然后将二者组配成新型锂二次电池。这种“摇椅 式电池”的构想与后来同本索尼能源技术公司提出的锂离子电池的概念在原理上是一 致的。 1 9 9 0 年2 月，r 本索尼能源技术公司首次正式向市场推出了第一块商业化的锂离 子电池，即l i 。c 6 p c + e c + “c 1 0 4 “l _ x c 0 0 2 锂离子电池【1 0 】。该电池体系不仅克服了以 往锂二次电池安全性能差和循环寿命短的缺点，而且又较好地保持了锂二次电池高电 压和高比能量的优点，使得锂离子电池在军用和民用电源领域受到了广泛的关注和应 用，被人们称为最有前途的化学电源。自此，锂离子电池在全世界范围内掀起了研究 和开发热潮，进入了一个崭新的时代【1 1 b 】。 1 2 2 锂离子电池的特点 相对其它二次电池，锂离子电池具有如下特剧1 。3 】： ( 1 ) 能量密度高：锂离子电池的质量能量密度约为1 5 0m k 9 1 ，体积能量密度 约为3 0 0w h l - 1 ，是镍氢或镍镉电池的2 3 倍，从而有利于锂离子电池向轻量化和小 型化的方向发展f 1 4 】。 ( 2 ) 开路电压高：单体锂离子电池的开路电压约为3 6v ，是镍镉或镍氢电池的 3 倍，这能够提高锂离子电池的能量密度。 ( 3 ) 自放电率低：在室温条件下，锂离子电池的自放电率约为3 9 ，而镍镉 电池约为2 5 3 0 ，镍氢电池约为3 0 3 5 。因此，在同样的储存环境下，锂离子 电池的电荷保持率更高 1 5 】。 ( 4 ) 可快速充放电：部分新型锂离子电池可以进行大功率充电和放电，从而能 够充分满足大中型产品设备的功率需求。 ( 5 ) 循环寿命长：锂离子电池的循环寿