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天等军事领域。因此研究高性能锂离子电池是一个关系着计划民生的大课题，是我国必须尽
快发展的方向。
1.2 锂离子电池的简介
1.2.1 锂离子电池的原理
锂离子电池其实是一类采用能够使得锂离子嵌入/脱出的化合物为电池的正、负极材料电
池[1]
。锂离子电池主要是由电池壳、正极材料、负极材料、电解液、和隔膜组成的[2]
。同大多
数电池一样，它的电极分为正极和负极，其材料是两种可以使锂离子插入和托出的物质。充
电时，在外界电源的作用下，正极会生成锂离子，他们通过电解液穿越隔膜嵌入到负极材料
上储存起来。放电时，负极处储存的的锂离子就会重新脱出，通过电解液穿越隔膜又回到正
极变成金属锂，电子从外电路运行完整个回路完成放点。图 1.1 为锂离子电池的原理示意： 在正常的使用情况下，锂离子在正负极层状结构的材料中进行嵌入和脱出时，一般是不
会破坏他们原有的晶体结构的[3]
。正因如此，他们的化学结构基本不会变化，是一种可逆的理
想的反应。而且，由于不存在锂的沉积和溶解，避免了锂枝晶（是由于锂的不均匀沉积产生
的，会带来容量损失、短路、发热等各种问题）的产生，电池的循环性能和安全性能得到了
极大地改善[4]
。
锂离子电池的电极反应为：
正极反应：LiMO2 ===Li1-xMO2＋xLi+＋xe
负极反应：nC＋xLi＋xe ===LixCn
（式中 M 为 Co，Ni，Fe，W 等；正极化合物有：LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4。LiFeO2 等，
负极化合物有 LixC6，TiS2，WO3，V2O5 等）
1.2.2 锂离子电池的发展
人类的生存离不开能源。在 20世纪优尔七十年代全球遭遇了普遍的石油危机，引发了人们
对能源开发与利用的思考，之后人们一直在努力寻找适当的替代化石燃料的新能源。依照元
素周期表，金属锂这种预想中能量密度最大的金属，作为最有可能做出突破的方向，成为了
研究热点。锂原电池的商品化实现的较早，在 20 世纪 70 年代开始便已经能基本实现了 [1]
。
而后随着人口日益增加，为了提高资源的利用率，锂二次电池也被提上了日程。在上世纪80
年代之前人们的精力主要集中在采用金属锂/锂合金负极材料的锂二次电池上，但是此方向注
定是没有前景的，因为这种电池在进行充放电的时候锂的不均匀沉积会产生上文提到的锂枝
晶，严重制约了电池的进一步发展。随后，1980 年，Goodenough小组提出了以钴酸锂用作锂
蓄电池的正极材料，1985 年又一个新的重大发现就是碳材料可以作为锂二次电池的负极材料
[5]
。 在 1991 年，日本的索尼成功开发出聚糖醇热解碳作为锂离子电池的负极材料，装备此种
电极的电池问世表明了锂离子电池商品化的开始[6]
。1993 年，一种新型聚合物锂离子电池在
美国Bellcore公司研发成功 [7]
。 4 年后,Goodenough 小组又报道了橄揽石型聚阴离子型磷酸铁
锂 LiFeP04 正极材料，这种新型正极材料迅速发展目前成为当前主流的正极材料。
1.2.3 锂离子电池的结构
一般来说锂离子电池的结构同其他镍氢电池相比没有太大的变化，组成部件有正/负极、
电解质、隔膜、绝缘层、安全排气阀、引线、正温度控制端子、外壳等。纽扣式电池组成与圆
柱型基本相似，最为典型，其构造如下图 a 所。后来又发展了体积更小，容量更大的方形电
池，其结构见下图b，这种结构有利于电子元件的轻便化、小型化。另外一种高性能聚合物锂