目前锂离子电池、铅酸电池、镍系电池以及钠硫等电池已经是开发较为完备的化学储能电池了。在这些储能电池中，锂离子电池应用于化学储能与其他储能电池相比起来较晚，但就目前来说锂离子电池技术主导了世界移动电子设备的市场，这是因为相较于铅酸电池的短循环寿命、低比功率和低比能量[3]；锂离子电池具有较高的比能量、比功率以及循环寿命长等优势。

1。2 锂离子电池简介

锂离子电池也称之为二次电池，和其它电池（铅酸电池、镍系电池以及钠硫等电池）相比其具有相对较高的比容量[4]。目前已商业化的锂电池并不是将金属锂直接作为电池负极，这是因为金属锂的性质并不稳定，直接使用在电子设备中的危险系数很大，而且锂电池容量很小，又不能进行二次充电，经济效益低。Armand M[5]为了改善直接将金属锂作为电池负极的锂电池存在的缺陷，同时也为了提高电池的安全性系数以及扩大其电容量，他提出锂离子电池的观点，即不再将金属锂直接采用到锂电池的负极材料，而是将电池正极、负极均使用可以让锂离子自由嵌入及释放的活性材料。这样一来，金属锂不存在于电池中，所以与直接使用金属锂作为负极的锂电池相比，锂离子电池的化学反应少并且更安全、循环寿命更长。虽然锂离子电池应用于化学储能方式相较于铅酸电池、镍系电池等其他储电池较晚，但因为它拥有其独有的优势是其他电池所不能及的，所以锂离子电池被视作为最具竞争力的电化学储能技术之一。特别是在电动汽车(EV)及其他便携式的电子设备等众多领域中，锂离子电池表现出了在储能应用方面广阔的前景，锂离子电池的研发也成为全球热潮[6]。近年来，全球对高能量密度电池的需求正在不断增加，锂离子电池性能的提升正在推动电动汽车(EV)使它成为燃料发动机的替代品。

探索新型锂离子电池材料是全球材料科学家、物理学家和化学家的重点，锂离子电池和新兴替代品的实际用途应该不仅仅局限于便携式电子设备，并且需要克服副反应、腐蚀爆炸等安全性问题在内的障碍，因此吸引了越来越多的学者来不断探索新型锂离子电池材料[7]。从理论的角度回顾锂离子电池的几个关键点：锂离子电池的工作原理，锂离子电池的组成包括阴极，阳极和电解质溶液，以及设计安全系数更高的锂离子电池是未来重点的研究方向。

图1。1 不同电池技术在体积和重量能量密度方面的比较。

在可再充电电池技术中（图1。1[8]），锂离子电池近几十年来一直占据全球移动电子设备市场。当锂离子嵌入阴极、阳极材料或从阴极、阳极材料脱出时，锂离子电池具有最小的副反应。通过降低电池的内部电阻可以进一步提高其能量效率，并且它们只会脱出有限的自放电，经过周而复始的使用之后也不产生限制能量密度的记忆效应。因此，锂离子电池在基础应用研究层面受到相当大的关注。镍镉电池、镍氢电池和锂离子便携式电池的全球销售份额分别为23%、14%和63%[9]。

因为全电动车辆(EV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)等交通工具的兴起，锂离子电池在耐久性、安全性、能源密度和成本等诸多方面仍需要大量的优化改进。进一步寻找稳定的新型材料是可充电电池开发至关重要的一步，目前研究重点是提高锂离子电池的能量密度。理想的锂离子电池具有寿命长、重量轻、体积小、能量密度高、安全系数高、成本低、环境兼容性好以及全球消费者分布广泛等特点[10]。然而，在实际已应用的锂离子电池中，还没有一个可以满足所有这些要求，大多数可充电电池实际使用起来的功率和能量密度远低于其理论值，这是因为参与电化学反应的活性材料的利用效率有限。由于锂含量低引起的物质稳定性问题也可能对其充电程度产生影响。因此，需要对现有可充电电池系统进行改进，并且不断探索新型材料，并将注意力集中在原子、离子或分子扩散和运输上。电荷转移、表面和界面结构的优化以及锂离子系统中电化学反应的调节在一定程度上可以改善容量、能量和功率密度、离子扩散程度，以及降低成本，增加安全性和环境兼容性[11]。