锂离子电池实用培训教程

电池是一种利用电化学的氧化-还原反应，进行化学能------电能之间转换的储能装置。

电池一次电池二次电池锌锰干电池纽扣电池锂原电池铅酸电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池铅酸电池锂离子电池一次电池电池的应用一、锂离子电池1．锂离子电池结构示意图80年代，由Armand提出了“摇椅式”锂离子二次电池的新概念。提出电池的正、负极材料采用可以储存和交换锂离子的材料，利用充放电时，锂离子的来回移动进行能量交换。

层状化合物LiCoO2的合成，发现石墨可插入锂离子生成石墨层间化合物LixC6。1991年由日本SONY公司生产出以LiCoO2为正极材料，碳黑为负极材料的商业化锂离子电池。2．设计思想3．锂离子电池工作原理4．锂离子电池电极反应电池反应:6C+LiCoO2充电放电正极反应:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-负极反应:6C+xLi++xe-充电放电LixC6充电放电Li1-xCoO2+LixC65．锂离子电池的组成电池正极负极电解质LiCoO2

、

LiNiO2

、

LiMn

2

O

4

等人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等有机溶剂电解质（液态）

聚合物电解质（固态、凝胶）6．目前锂离子电池优缺点锂离子电池与镍镉、镍氢电池性能的对比

技术参数

镍镉电池

镍氢电池

锂离子电池

工作电压（V）

1.2

1.2

3.6

比容量(Wh/Kg)

50

65

105-140

充放电寿命(次)

500

500

1000

自放电率（%/月）

25-30

30-35

6-9

有无记忆效应

有

有

无

有无污染

有

无

无

1.工作电压高2.能量密度高3.自放电速率低4.循环寿命长5.无记忆效应6.环保优点1.快充放电性能差、大电流放电特性不理想2.价格偏高3.过充放电保护问题缺点二、锂离子电池对正、负极材料的要求(1)具有稳定的层状或隧道的晶体结构。(3)有平稳的电压平台。(2)具有较高的比容量。(4)正、负极材料具有高的电位差。(5)具有较高的离子和电子扩散系数。(6)环境友好。

大多数可作为锂离子电池的活性正极材料是含锂的过渡金属化合物，而且以氧化物为主。目前已用于锂离子电池规模生产的正极材料为LiCoO2。材料名称

理论比容量

实际比容量电位平台性价比特点LiCoO2275mAh/g130~1404V3性能稳定，高比容量，放电平台平稳LiNiO2274mAh/g170~1804V2高比容量，价格较低热稳定性较差，LiMn2O4148mAh/g100~1204V1低成本，高温循环和存放性能较差三、锂离子电池正极材料研究现状1．层状结构材料（LiCoO2、LiNiO2等）LiCoO2工作区间：锂脱出量＜

0.5，工作平台位于4.0V，比容量137mAh/g，循环性能好。当锂脱出量＞0.5时，结构不稳定，需要充电保护。理论比容量275mAh/g。存在的主要问题（1）实际比容量与理论值275mAh/g有较大差距。（2）资源匮乏，成本高。（3）有一定毒害。主要解决办法

利用Ni、Al等元素掺杂替代，稳定结构，提高电位和比容量，降低成本。LiNiO2

具有与LiCoO2相同的结构，理论比容量为274mAh/g，实际可达到180mAh/g以上，远高于LiCoO2，不存在过充电现象，并具有价廉、无毒，等优点。（1）制备困难。存在的主要问题（2）结构不稳定，易生成Li1-yNi1+yO2。使得部分Ni位于Li层中，降低了Li离子的扩散效率和循环性能。主要解决办法

利用Co、Al、Mg等元素掺杂替代，稳定结构，提高电位、比容量和循环性能。改善制备工艺、降低合成条件。

我们对利用Al掺杂替代的LiNi1-xAlxO2材料的结构和性质进行了研究。

结果表明，Al掺杂可以起到稳定结构、提高材料电位和比容量的作用。降低材料合成时对氧气气氛的依赖程度。材料的电导率有较大下降。

为了提高电导率，我们利用价非均衡法，对材料又进行Mg了掺杂。使得材料的电导率得到提高，达到了实用水平。

电化学实验表明，材料的工作电压和比容量明显提高，循环性能得到较大改善。但与实际应用还存在一定差距。LiMn2O42．尖晶石结构材料

氧离子立方密堆积排列，Li+占据四面体位置，Mn3+/Mn4+占据八面体位置。Mn2O4构成的尖晶石基本框架

空位形成的三维网络，成为Li+离子的输运通道。利于Li+离子脱嵌。LiMn2O4在Li完全脱去时能够保持结构稳定，具有4V的电压平台，理论比容量为148mAh/g，实际可达到120mAh/g左右，略低于LiCoO2。资源丰富、价格低。存在的主要问题

结构热稳定性差，易形成氧缺位，使得循环性能较差。主要解决办法

利用Co、Ni等元素掺杂替代，稳定结构，提高比容量和循环性能。

到目前为止，LiNiO2和LiMn2O4的研究虽有一些突破，有一些应用，但还有许多关键问题没有解决，在性能方面还与LiCoO2有着较大差距。目前LiCoO2仍是小型锂离子电池的主要正极材料。LiFePO43．动力电池正极材料1997年由美国德克萨斯州立大学的研究小组首次报道了LiFePO4具有可逆脱嵌锂的特性。LiFePO4具有3.5V的电压平台，理论容量为170mAh/g。主要优点材料结构的动力学和热力学稳定性很高。（1）优异的安全性能（2）优异的循环稳定性，8000次高倍率充放电循环，不存在安全问题。（3）适于大电流放电。温度越高材料的比容量越大。（4）成本低，环保。存在的主要问题（1）结构中没有连续直接的锂离子通道，使得离子迁移率低。（2）结构中没有连续的FeO6八面体网络，电子只能依靠Fe-O-Fe传导，电子导电率低。主要解决办法

通过Mg、Al、Ti、Nb和W等元素掺杂，人为制造结构缺陷，来提高离子迁移率和电子导电率。目前经掺杂后离子迁移率和电子导电率均得到大幅度提高，达到了使用要求。其中，电导率提高了8个数量级，高于LiCoO2。目前情况

通过掺杂，离子迁移率和电子导电率低的问题基本解决，目前已进行商业化生产。电池的实际比容量为60～90mAh/g，循环2000次容量衰减低于90%。但比容量远低于170mAh/g的理论值。需要解决的问题

电池的实际比容量远低于170mAh/g的理论值。有很大的提升空间。提高比容量《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如《化妆品监督管理及安全性评价》等。七、标准的结构和主要内容（一）结构：1.范围2.一般术语3.毒理学试验方法术语4.卫生化学检验方法术语5.微生物检验方法术语6.人体安全性和功效性评价术语7.常用原料术语8.缩写9.中英文索引（二）主要内容：1).一般术语39条涉及化妆品的基本定义、化妆品生产和监督管理中出现频率较高的术语。2).毒理学试验方法术语40条收录了《化妆品卫生规范》中涉及的术语，以及在毒理学领域出现频率较高、与化妆品毒理学试验方法联系较密切的术语。3).卫生化学检验方法术语22条收录了化妆品的卫生化学检验方法中较常用的术语。

4).微生物检验方法术语6条收录了《化妆品卫生规范》中所涉及的术语。5).人体安全性和功效性评价术语38条收录了人体安全性和功效性评价的常用术语。6).常用原料术语55条收录了常用原料术语，与《化妆品管理及安全性和功效性评价》保持一致，并根据企业、专家的意见进行了适当修改。7).缩写涉及国际机构缩写以及化妆品毒理学、化学、人体安全性和功效评价等领域专业术语的缩写34条。七、征求意见处理情况2009年2月20日，《化妆品术语》在全国公开范围内公开征求意见，截止到2009年3月末共收到来自企业、和社会各界的意见和建议共146条，分布情况如下：征求意见来源统计图二一般术语三毒理学四化