图1-1 锂离子电池工作原理图

锂离子电池正负极反应化学方程式为：

正极反应：LiMO2 → Li1-xMO2 + xLi+ + xe-（1-1）

负极反应：nC + xLi+ + xe-→ LixCn（1-2）

电池总反应方程式：

        LiMO2 + nC → Li1-xMO2 + LixCn（1-3）

从锂离子电池的工作事理图能得出，Li+电池本色上是e-浓度差别电池，正负极是两种不一样的Li+镶入化合物构成。经常使用的电池正极材料有：磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等，总是采用的电池负极原料有：LixC6、钛酸锂等[12]。

1。2。3 锂离子电池正极材料

    由于锂离子电池工作原理的特殊性, 所以其对正极材料的结构有特别的要求。理想的正极材料应该是层状结构, 相互作用力较小，使锂进出其结构时, 材料的形变尽可能的小, 这样才可以保证正极材料良好的容量与循环性能[15]。

锂离子二次电池正极材料在使用性质上通常应满足这样几个要求：(1)高的工作电压。这就要求材料应具有较低的费米能级；(2)高容量。单位质量的正极材料越多能脱嵌的锂离子才会越多；(3)结构稳定。Li+在脱嵌过程中，正极材料的结构与体积变化率要尽可能小；(4)导电性能好，电池的电导率要尽可能高，Li+在材料中的化学扩散阻抗要尽可能小；(5)热稳定及化学稳定性能好，与电解液具有良好的兼容性与热稳定性；(6)合成方式尽可能简单，成本低廉，对环境污染较小。文献综述

锂离子电池正极材料种类繁多。其结构大多为层状LiMO2和尖晶石LiM2O4（M=Co, Ni, Mn, 等过渡金属离子）以及例如LiFexMn1-xPO4等锂的过度金属氧化物[16-17]。

其中硅酸锰锂材料的理论比容量和磷酸铁锂相近约170mAh/g，而且由于其原料丰富价格低廉和双极性的特征，非常值得我们深入研究，但由于硅酸盐导电性差的原因目前所作出的电池容量与理论值有一定差距。

    (1) 锰的氧化物LiMnO2

    锂锰氧化物主要是尖晶石型LiMn2O4两类。LiMn2O4为尖石型结构，立方晶系，Fd3m点群。此中Mn2O4+是一四面体与一八面体共面的构造，Li+从Mn2O4+三维构造中进入和离开。尖石型结构LiMn2O4可以产生4。0 V的高电压平台，理论容量为148mAh/g。尖晶石型LiMn2O4作为锂离子电池正极材料有良好的热稳定性，使其获得良好的安全性能，但它在循环时候容量会有些许衰减。大体是这三方面缘故：(1) LiMn2O4在电解液中会溶；(2)Jahn-Teller反应会让构造产生变化；(3)因Mn3+的氧化性，锂失去过多时构造不太稳。缺点是材料的振实密度较低(≤2 g/cm3)，电池容量较低；其循环性能较差，尤其是在高温循环的时候衰退情况严重是目前研究改善的重点方向[18-19]。

    (2) 钴的氧化物LiCoO2

LiCoO2制备工艺简单、比能量大、循环寿命长(可以达到上千次)、具备快速充放电、电化学性能稳定等优点。但是它存在着自身的一些缺点;在充放电过程中，锂离子反复嵌入与脱出会造成它的结构在多次收缩和膨胀后发生相变，还会导致LiCoO2发生晶粒间松动而脱落，内阻增大，容量减小。在实际使用时，Li1-xCoO2的容量一般限制在126mAh/g[20]。否则，过度充电将导致容量衰减并且极化电压增大。另外，钴的自然资源稀少且价格昂贵，使LiCoO2材料及其电池的发展受到了一定限制。因此需要开发比能量高、稳定性好、成本低廉的新型正极材料。来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766-

    (3) 橄榄石型LiFePO4

LiFePO4具备橄榄石晶体结构，理论容量为170mAh/g，是近期研究中的重点材料，与相同类型电极材料相比，LiFePO4的原料资源丰富，成本低廉，对环境无毒；LiFePO4实际比容量约130 mAh/g，具有非常平稳的放电电压平台；充放电过程中材料结构变化很小，循环性能优异；热稳定性好，安全性能高。同时它可在低电流密度下实现100%Li+的嵌入/脱嵌。并且可逆嵌入/脱嵌Li+的数量会随着工作温度的升高而增加，表现出优异的的高温稳定性。在充电状态的稳定性超过了层状的过渡金属氧化物,这些优点使得它特别适用于动力电池材料。目前存在的问题有低电导率及由此而产生的可逆容量的问题[21-22]。