毕业设计（论文）-锂离子电池的制备.doc

20xx届精细化学品生产技术专业毕业论文 题 目： 锂离子电池的制备 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 中文摘要 锂离子电池是一种，它主要依靠锂离子在和之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个之间往返嵌入和脱嵌：充时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中，液态锂离子电池是指 Li +嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。?? 笔记本电脑锂离子电池 锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。以LiCoO2为例：电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。 圆柱型锂离子电池的结构示意图 1.2离子电池的组成 锂离子电池由数十种材料组成，但主要部件是如下几部分正极材料，负极材料，电解液材料，隔膜，粘结剂和集电体。它们对电池性能有着不同程度的影响。 正极材料 锂离子电池的正负极活性物质均为能使锂可逆地嵌入－脱出的化合物，一般选择电势(相对金属锂电极)较高且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物为正极材料，它是电池中锂离子的“贮存库”，目前所用的正极材料主要是钴、镍、锰等含锂的氧化物，如LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiCo1-xNiO4，Li1+xMn2-xO4等。 负极材料 负极材料则选择电势尽可能接近金属锂电势的可嵌入锂的物质，目前主要采用炭材料(石墨、中间相炭微球、石油焦等)，此外，近年来文献上还有硅基材料、锡基材料、含锂过渡金属氮化物、锂钛复合氧化物以及纳米过渡金属氧化物等用作锂离子电池负极材料的报道。 电解液 电解液由有机溶剂和无机锂盐构成，有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)、BC(碳酸丁烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DME(二甲基乙烷)等，可以为其中一种或几种的混合物。 有机溶剂的使用，使得锂离子电池的电压高达4-5V，但同时电导率降低，所以为使电池能在较高电流下充放电，电极必须做得很薄。无机锂盐有LiPF6,LiBF4，LiClO4等，其中LiClO4价格较贵，并且具有强氧化性而导致安全性较差LiBF4价格也较贵，相比之下LiPF6价格较便宜，性能也较好，所以它目前使用得最多。隔膜锂离子电池的隔膜材料一般采用聚烯烃系树脂，常用的隔膜有单层或多层的聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)微孔隔膜，如Celgard 2300为PP/PE/PP三层微孔隔膜。 1.3锂离子电池的优缺点 主要优点 （1） 电压高 　　单体电池的工作电压高达3.7-3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍 （2） 比能量大 　　目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量（3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。 （3） 循环寿命长 　　一般均可达到500次以上,甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电,电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。 （4） 安全性能好 　　无公害,.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易