4结论 21

5前景与展望 22

1绪论

1.1 锂离子电池简介

锂电池的研究历史最早可以追溯到 20 世纪 50 年代，在 70 年代开始进入实用化。综观电池发展的历史，可以看出当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。[1]在商品化的可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池，可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高，可充且无污染，具备当前电池工业发展的三大特点，因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展，特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用，给锂离子电池带来了市场机遇。而聚合物锂离子电池以其在加工性能、质量、材料价格等方面的独特优势，将逐步取代液体电解质锂离子电池，而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为 “21世纪的电池”，将开辟蓄电池的新时代，发展前景十分乐观。随着现代社会交通、通讯和电子信息技术的急剧发展，人们对于电源的体积、重量、能量、循环寿命、环保等提出了更高的要求。锂离子电池作为一种新型的绿色高能量电源得到了迅速发展并且应用广泛，不仅可以用于便携式电子设备如手机、手提电脑等，而且可以用于绿色环保交通工具(电动自行车、电动汽车)、国防军事、航空航天、储能、医学等多领域。尤其在全球能源与环境问题越来越严峻的环境下，锂离子电池作为绿色电源将对电池产业产生深远影响。所以大力发展锂离子电池技术，开发安全、性能优良的新型电池材料，提高电池的性能和降低成如今，锂离子电池材料性能的不断提高，电池设计和装配工艺日益完善使锂离子电池综合性能得到很大改善。中国锂离子二次电池产业相对国外起步较晚，近年来发展很快。但锂离子电池仍有一些缺点值得我们去改善。因此，我们有必要对其进行进一步研究。[1]

1.1.1锂离子电池的主要结构及工作原理

  锂离子电池是一种在电能与化学能之间相互转化的装置，其主要结构由三部分构成：电极材料(包括正极材料和负极材料)、电解液、隔膜[2]。

（1）电极材料：电池主要的储能介质是正负极材料，一般由能够可逆的嵌入和脱出锂离子的化合物构成。

（2）电解液：电解液是锂盐的主要载体，主要起离子导电作用，且电池中的锂离子主要集中在此处。

（3） 隔膜：隔膜位于正负极材料之间，其主要作用是进行离子传输并阻止电子导电，以防正负极短路。

当电池充电的时候，Li+离子会从正极脱嵌，经过电解质溶液、隔膜嵌入负极，因此正极活性物处于贫锂的状态；当电池放电的时候，Li+离子则从负极中脱出，经过电解质溶液和隔膜再嵌入到正极中，正极活性物处于富锂状态。由于电荷需要平衡，因此在充放电的过程中需要有相同数量的电子经过外电路传递，与Li+离子一起在正、负极之间进行迁移，使正、负极发生氧化还原反应，从而保持一定的电位。脱出和嵌入会引起电池材料层间距离的变化，大多数情况下一般不会影响材料晶体的结构变化，所以锂离子电池具有良好的安全性、稳定性。工作电位与Li+离子浓度以及构成正、负极的嵌锂化合物的化学性质有关。

由此可得锂离子电池实质上是一个Li+离子浓差电池，其正极和负极是由两种不同的锂离子嵌入化合物组成的。[3]