锂离子电池的原理与应用-PoweredBySiteEngine.pdfVIP

锂离子电池的原理与应用 尤明旭 宋春啸 杨宗昌 王宇锋 （北京大学化学与分子工程学院2004 级3 班 北京 100871 ） 摘 要 简要综述了锂离子电池的发展历程，原理，应用及前景，侧重于基本原理以及与生 活密切相关的应用。 关键字 锂离子电池 电池应用 自从1958 年美国加州大学的一位研究生提出了锂，钠等活泼金属做电池负极的设想后，人 类开始了对锂电池的研究。而从1971 年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电 池实现应用化商品化开始，锂电池便以其比能量[1]高, 电池电压高，工作温度范围宽，储存寿命 长等优点，广泛应用宇军事和民用小型电器中，如移动电话，便携式计算机，摄像机，照相机 等。我们先简单介绍一下锂电池: 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称。由于锂的标准电极电位很负 （相对标准氢电极电位为-3.05V ）而且理论比容量[2]高达 3.88Ah/g 。因此，与常规电池相比， 具有电压高（3V 左右），比能量大200 －450Wh/kg ）等特点。已实用化的锂电池有Li －MnO2， Li—I ,Li－CuO ，Li －SOCl ，Li －（CF ），Li －SO ，Li －Ag CrO 等。而当这里的锂电极用 2 2 x n 2 2 4 碳代替时，便成了必威体育精装版式的锂离子蓄电池。 锂离子电池的研究始于20 世纪80 年代。1990 年日本Nagoura 等人研制成以石油焦为负极， 以LiCoO 为正极的锂离子电池：LiC |LiClO -PC ＋EC|LiCoO 。 同年。Moli 和sony 两大电池公 2 6 4 2 司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池。1991 年，日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了 一种以聚糖醇热解碳（PFA ）为负极的锂离子电池。1993 年，美国Bellcore （贝尔电讯公司）首 先报导了采用PVDF 工艺制造成聚合物锂离子电池（PLIB ）。 下面我们具体了解一下锂离子电池的工作原理 锂离子电池目前有液态锂离子电池（LIB ）和聚合物锂离子电池（PLIB ）两类。其中，液 态锂离子电池是指以 Li＋嵌入化合物为正负极的二次电池。正极采用锂离子化合物 LiCoO ， 2 LiNiO 或 LiMn O ，负极采用锂－碳层间化合物Li C 电解质为溶解有锂盐的LiPF ,LiAsF 2 2 4 x 6 6 6 等有机溶剂。 聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同。只是原来得液态电解质改为含有锂盐 的凝胶聚合物电解质。而目前主要开发的就是这种。 当锂离子电池工作时，它的电化学表达式为 （－）C |LiClO －EC+DEC|LiMO ( ＋) n 4 2 + 正极反应：LiMO ===Li MO ＋xLi ＋xe 或 Li Mn O ===Li Mn O ＋Li C 2 1-x 2 1+y 2 4 1+y-x 2 4 x n 负极反应：nC ＋xLi ＋xe ===LixCn （式中M 为Co，Ni ，Fe ，W 等；正极化合物有：LiCoO ，LiNiO ，LiMn O 。LiFeO ，LiWO 2 2 2 4 2 2 等，负极化合物有Li C ，TiS ，WO ，NbS ，V O 等） x 6 2 3 2 2