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1.2.2 LiCoO2正极材料
LiCoO2材料是在20世纪80年代初由Goodenough等首次也是最早发现的能够可逆脱嵌离子的嵌锂化合物，LiCoO2属于α-NaFeO2型结构，具有层状二文结构，实际容量在140-155mAh/g之间，是目前商业化的锂离子电池使用的主要正极材料，该化合物属于合成（可低温合成）化合物，电化学性能稳定，使用寿命长，且工作电压可达到4.5V，但是合成LiCoO2材料所需的钴资源匮乏，成本较高；同时钴作为重金属，对环境危害较大，电池回收困难；从安全角度考虑，LiCoO2材料耐过充过放性能差，高倍率充放电易分解，安全性较差，故需要寻找新的正极材料来替代它。
1.2.3 LiNiO2正极材料
LiNiO2具有与LiCoO2相同的晶体结构，是继LiCoO2以后研究最多的一类层状嵌锂化合物。LiNiO2材料的容量可达150mAh/g，工作电压在2.5-4.1V之间，耐过充过放性能好，但是LiNiO2的合成所需实验条件比较苛刻，易生成非计量比的产物，导致充放电过程中材料结构塌陷，造成容量损失。另外，LiNiO2材料的热稳定性较差，自身易分解，且可溶电解质氧化分解，分解过程会产生热量，造成安全隐患，这些缺点的存在制约着LiNiO2材料的商业化发展[8]。
1.2.4 LiMnO2正极材料
LiMnO2为层状结构，具有锂离子三文通道，工作电压在2-4.5V之间。相对于尖晶石结构的LiMn2O4材料而言，锂离子脱出嵌入相对较容易，理论容量高达286mAh/g，为LiMn2O4理论容量的2倍。但是LiMnO2属于热力学亚稳态，高温下不稳定，在锂离子脱出嵌入过程中易形成类尖晶石结构，造成材料放电容量损失。
1.2.5 锂离子电池的负极材料
在锂离子电池的发展过程中研究的负极材料主要有四类：一是金属氧化物；二是金属硫化物；三是碳材料，如天然石墨、石油焦炭热解炭、碳纤文等；四是过渡金属锂氮化物[9]。1990年索尼公司将石油焦炭作为负极，使锂离子电池的研究进入实用化阶段。因为由于碳材料具有嵌锂电位低，来源丰富，价廉易得，无毒无污染的优点。锂离子电池能否成功应用，关键在于能可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料的制备。这类材料要求具有：1）在锂离子的嵌入反应中自由能变化小；2）锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率；3）高度可逆的嵌入反应；4）有良好的电导率；5）热力学上稳定同时与电解质不发生反应。
1.2.6 锂离子电池的电解质
电解质作为电池的3个重要的组成部分之一，是完成电化学反应的不可缺少的部分，它的性能好坏直接影响了锂离子电池的性能的优化和提高。在电解质的研究中，人们在寻找粘度更小、电常数更大和稳定性更好的非水电解质，同时也在研究水电解质体系和高分子固体电解质[10]。在高分子固体电解质的研究中也进行了复合材料的研究，从广义上讲，按电解质的不同可分为锂离子有机电解液电池和锂离子聚合物电池，前者使用液态电解质，而后者使用固态电解质。液态电解质主要采用锂盐和混合有机溶剂所组成的材料，如DME(二甲基乙二醇)+LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)等[11]。
1.2.7 锂离子电池的工作原理
锂电池实际上是一种浓差电池。充电时,锂离子从正极活性物质晶格间脱出,通过电解液和隔膜嵌入负极晶格间;负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿从外电路供给到负极,保证负极的电荷平衡。放电时,Li-从负极脱嵌,穿过电解质和隔膜,重新嵌入到正极材料的晶格中,正极处于富锂态[12,13]。如图1.2所示。
在充放电过程中,为了保持电荷的平衡,充放电过程中应有相当数量的电子经外电路传递,与Li+一起在正负极间迁移。这种过程类似摇椅的反复运动,故锂离子电池又称摇椅电池。
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