金属有机骨架的氧化锌纳米材料的制备及其电化学性能研究(3)
1。2锂离子电池简介
1。2。1 锂离子电池发展简史
1970年代埃克森的M。 S。 Whittingham采取硫化为钛正极，金属锂为负极，制成了首个锂电池。1982年伊利诺伊理工大学的R。R。 Agarwal和J。R。 Selman发现了锂离子快速嵌入石墨的特证，而且是可逆又快速的过程。人们尝试采取锂离子快速嵌入石墨的特征制作电池。首个能用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。
1983年M。 Thackeray等发现锰尖晶石是具有良好的导电、导锂本征性能的低价正极材料，其氧化性远低于钴酸锂，且分解温度高，即使出现短路、过量充电，也不会发生伤害。1989年，A。 Manthiram和J。 Goodenough发现采用聚合阴离子的正极能产生更高的电压。1990年日本Nagoura等以LiCoO2为正极､石油焦为负极制得锂离子二次电池，反应如下：
LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2
锂离子蓄电池一经提出就立即引起人们的极大兴趣，并引起世界范围内对锂离子电池的研究热潮｡同年，Moli和Sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池。1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。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）。1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁（LiFePO4），比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。 2013年日本积水化学工业公司（Sekisui Chemical）宣布已经开发出了一种全新的锂离子蓄电池材料，这种呈现片状的形态并且可以拥有3倍于蓄电池的蓄电能力，更主要的是采用该技术后，电池成本也将下降60%。
1。2。2 锂离子电池的构成与工作原理
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液组成。
正极：正极材料（对金属锂电极）一般选择电势较高且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物，主要有层状结构的LiMO2和尖晶石型结构的LiM2O4化合物（M=Co、Ni、Mn或V等过渡金属元素）。通常正极材料涂覆于铝箔上。文献综述
负极：负极材料则选择电势尽可能靠近金属锂电势的可嵌锂的物质，锂离子电池负极材料通常选用各类碳材料如（包括碳纤维、合成石墨、天然石墨等）、锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物等。负极材料通常涂覆于铜箔上。
隔膜：隔膜材料一般为多孔隔膜，常采用聚烯烃系树脂，主要作用是允许锂离子和溶液通过而阻止大分子通过，多层隔膜具有良好的机械稳定性，尤其是PP/PE/PP三层隔膜不但熔点较低，并且有较高的抗穿刺强度，起到了保护作用。
电解液：锂离子电池的电解液一般选用有机材料碳酸酯，由于锂遇水会发生剧烈反应，使得锂离子电池必需用无水有机电解液。
虽然锂离子电池工作原理大致相同，但是种类繁多。以典型的LiCoO2为正极、石墨为负极的液态锂离子为例，其充放电原理如图1-1所示。
图1-1锂离子电池工作原理示意图
Fig。 1-1 Schematic diagram of working principle of lithium ion battery
充电时，Li+从LiCoO2中脱嵌，在电解质中正极处于贫锂态，游离通过隔膜后嵌入负极中，负极处于富锂态，同时电子的补偿电荷从外电路由正极供给负极，保证电荷均平衡，放电过程则相反[22]。在此过程中发生的电化学反应可以表示为：
正极反应：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-
负极反应：6C+xLi++xe-=LixC6
电池反应：LiCoO2+6C= Li1-xCoO2+ LixC6
在整个充放电反应过程中，Li+可以在两个电极之间轮回往复的脱出和嵌入。