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第二章 锂离子电池介绍 动力蓄电池是电动汽车的能量来源，相当于燃油汽车的汽油或柴油，其主要 任务是为整车提供电能，正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、 [1] 燃料电池等，其中锂离子电池由于高安全性，长寿命的突出优点 ，应用越来越 广泛。本章主要详细介绍了锂离子电池的性能、特性等。 2.1 锂离子电池的分类 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液态锂离子电池 (lithium ion battery，简称为 LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery， 简称为 LIP)两大类。 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。它们的主要区别在于电解质的不同，锂离 子电池使用的是液体电解质，而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替，这 种聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，目前大部分采用聚合物胶体电解 质。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。 2.2 锂离子电池的结构介绍 如图 2-1，锂离子电池的基本结构为：正极片、负极片、正负极集流体、隔 膜纸、外壳及密封圈、盖板等。 [1] 张宾. 电动汽车用锉离子电池特性与模型研究[Dl.北京:清华大学,2008.11-13. 1 图 2-1 锂离子电池的内部结构图 2.2.1 锂离子电池的正极 锂离子电池的正极材料必须有能接纳锂离子的位置和扩散的路径。具有高插 入电位层状结构的过渡金属氧化物 LiCoO 、LiNiO 和尖晶石结构的 LiMn O 是 2 2 2 4 目前已应用的性能较好的正极材料。这些正极的插锂电位都可达4V 以上。 为了扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构，往往向晶体中掺入一定量的离子 半径较大的金属离子，由于掺杂离子的离子半径较 Co、Ni 离子大，因此掺杂材 料的晶胞参数比未掺杂材料的大，这在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通 道，更有利于锂离子的嵌入与脱嵌，有效提高了锂离子电池的电化学循环可逆性 及循环稳定性。 2.2.2 锂离子电池的负极 锂离子电池的负极是将负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混 合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。锂离子电池所采用 的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳、硬碳等。正在探索的负极材料有 氮化物、PAS 、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负极材料等。碳负极对锂离子电 池的性能有重要影响，常用正负极材料组合见表 2-1。 表 2-1 锂离子电池电极材料组合情况 正极材料 LiCoO LiCoO LiCoO LiNiO LiMn O 2 2 2 2 2 4 负极材料 焦炭 石墨 锡无定型氧化物 石墨 石墨 2.2.3 锂离子电池的电解液 2 电池的电解液对电池性能有重大影响，传统电池中，电解液均采用以水为溶 剂的电解液体系，但是由于水的理论分解电压只有 1.23V，即使考虑到氢和氧的 超电势，以水为溶剂的电解液体系的电池的电压最高也只有 2V 左右。锂离子电 池电压高达 3~4V，传统的水溶液体系显然已不再适应电池的需要，而必须采用 非水电解液体系作为锂离子电池的电解液。 目前，锂离子电池的电解液分为液体、固体和熔盐电解质三类，以有机电解 液为主。常见的有机电解液有环状碳酸