锂离子电池的研究现状

锂离子电池的研究现状（共8篇）

锂离子电池的研究现状篇1

作者: userhung发布日期: 2008-09-08

锂离子电池(Lithium Ion Battery，简称LIB)是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池。作为一种新型的化学电源，它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点，能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置，也是未来电动交通工具使用的理想电源。

锂离子电池自1992年由日本Sony公司商业化开始便迅速发展。2000年以前世界上的锂离子电池产业基本由日本独霸。近年来，随着中国和韩国的崛起，日本一枝独秀的局面被打破。2003年全球生产锂离子电池12.5亿只，其中中国生产4.5亿只（含日本独资和合资），国内电池公司产量大于2.8亿只，占全球锂离子电池总产量的20％以上。近几年我国锂离子电池产量平均以每年翻一番的的速度高速增长，专家预测，未来几年，随着一批骨干企业生产规模的不断扩大，收集和笔记本电脑、摄像机、数码相机等便携产品的持续增长，我国锂离子电池产业仍将保持年平均30％以上的增长速度，2004年国内小型锂离子电池可达日产200～300万只，全年产量超过6亿只。

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。目前，研究工作主要集中在碳材料和其它具有特殊结构的化合物。

1.碳负极材料

碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。

众所周知，碳材料种类繁多，目前研究得较多且较为成功的碳负极材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纤维、裂解聚合物和裂解碳等.在众多的用作碳负极的材料中，天然石墨具有低的嵌入电位，优良的嵌入－脱嵌性能，是良好的锂离子电池负极材料。通常锂在碳材料中形成的化合物的理论表达式为LiC6，按化学计量的理论比容量为372mAh/g。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。所以近年来锂离子电池的研究工作重点

在碳负极材料的研究上，且已经取得了许多新的进展。Okuno等[8]研究了用中介相沥青焦炭(mesophase pitch carbon，MPC)修饰的焦炭电极，发现焦炭电极的比容量仅170mAh/g～250mAh/g，焦炭和MPC按4∶1的比例混合，比容量为277mAh/g，而用MPC修饰的焦炭电极其比容量为300mAh/g～310mAh/g。马树华等[9]在中介相微球石墨(MCMB)电极上人工沉积一层Li2CO3或LiOH膜，电极的容量及首次充放电效率均有一定的改善。

邓正华等采用热离子体裂解天然气制备的天然气焦炭具有较好的嵌Li能力，初次放电容量为402mAh/g，充电量为235mAh/g，充放电效率为58.5%。冯熙康等[11]将石油焦在还原气氛中经2600℃处理后制得的人造石墨外部包覆碳层，发现处理后的这种材料有较高的比容量(330mAh/g)，较好的充放电性能，较低的自放电率。

三洋公司采用优质天然石墨作负极，石墨在高温下与适量的水蒸气作用，使其表面无定形化，这样Li+较容易嵌入石墨晶格中，从而提高其嵌Li的能力。

碳负极的嵌Li能力对不同的材料有所不同，主要是受其结构的影响。如Sony公司使用聚糠醇的化合物，三洋公司使用天然石墨，松下公司采用中介相沥青基碳微球。一般说来，无定形碳具有较大的层间距和较小的层平面，如石墨为0.335nm，焦炭为0.34nm～0.35nm，有的硬碳高达0.38nm，Li+在其中的扩散速度较快，能使电池更快地充放电。Dohn描述了石墨层间距d002与比容量的关系，表明随d002的增大，放电比容量增高。Takami研究了中介相沥青基纤维在不同温度下的层间距和扩散系数，认为层间距取决于碳的石墨化程度，石墨化程度增加可降低Li+扩散的活化能，并有利于Li+的扩散。

高比容量的碳负极材料，可以极大地提高锂离子电池的比能量，但是部分裂解的碳化物有一个明显的缺陷就是电压滞后，即充电时Li+在0V(vs.Li+/Li)左右嵌入，而放电时在1V(vs.Li+/Li)脱嵌，尽管此类电池充电电压有4V，但实际上只有3V的工作电压。Takami等认为酚醛树脂、聚苯胺、微珠碳等明显有电压滞后现象。此外，这类材料的制备工序复杂，成本较高。

天然鳞片石墨用作锂离子电池负极材料的不足之处在于石墨层间以较弱的分子间作用力即范德华力结合，充电时，随着溶剂化锂离子的嵌入，层与层之间会产生剥离(exfoliation)并形成新的表面，有机电解液在新形成的表面上不断还原分解形成新的SEI膜，既消耗了大量锂离子，加大了首次不可逆容量损失，同时由于溶剂化锂离子的嵌入和脱出会引起石墨颗粒的体积膨胀和收缩，致使颗粒间的通电网络部分中断，因此循环寿命很差。

对鳞片石墨进行修饰，可以大大提高它的可逆容量和循环寿命.Kuribayashi等采用酚醛树脂包覆石墨，在700～1200℃惰性气氛下热分解酚醛树脂，形成以石墨为核心、酚醛树脂热解碳为包覆层的低温热解碳包覆石墨。包覆层在很大程度上改善了石墨材料的界面性质。低温热解碳包覆的石墨不仅具有低电位充、放电平台;同时借助于与电解液相容性好的低温热解碳阻止了溶剂分子与锂离子的共嵌入，防止了核心石墨材料在插锂过程中的层离，减少了首次充、放电过程中的不可逆容量损失并延长了电极的循环寿命。此外，对碳材料的改性方法还有表面氧化、机械研磨和掺杂等，可以有效提高电极的电化学性能。

2．非碳负极材料

近年来对LIB非碳类负极材料的研究也非常广泛。根据其组成通常可分为：锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金材料。锂过渡金属氮化物具有很好的离子导电性、电子导电性和化学稳定性，用作锂离子电池负极材料，其放电电压通常在1.0V以上。电极的放电比容量、循环性能和充、放电曲线的平稳性因材料的种类不同而存在很大差异。如Li3FeN2用作LIB负极时，放电容量为150mAh/g、放电电位在1.3V(vs Li/Li+)附近，充、放电曲线非常平坦，无放电滞后，但容量有明显衰减。Li3-xCoxN具有900mAh/g的高放电容量，放电电位在1.0V左右，但充、放电曲线不太平稳，有明显的电位滞后和容量衰减。目前来看，这类材料要达到实际应用，还需要进一步深入研究。SnO/SnO2用作LIB负极具有比容量高、放电电位比较低(在0.4~0.6V vs Li/Li+附近)的优点。但其首次不可逆容量损失大、容量衰减较快，放电电位曲线不太平稳。SnO/SnO2因制备方法不同电化学性能有很大不同。如低压化学气相沉积法制备的SnO2可逆容量为500mAh/g以上，而且循环寿命比较理想，100次循环以后也没有衰减。在SnO(SnO2)中引入一些非金属、金属氧化物，如B、Al、Ge、Ti、Mn、Fe等并进行热处理，可以得到无定型的复合氧化物称为非晶态锡基复合氧化物

(Amorphous Tin-based Composite Oxide 简称为ATCO)。与锡的氧化物(SnO/SnO2)相比锡基复合氧化物的循环寿命有了很大的提高，但仍然很难达到产业化标准。

纳米负极材料主要是希望利用材料的纳米特性,减少充放电过程中体积膨胀和收缩对结构的影响,从而改进循环性能。实际应用表明:纳米特性的有效利用可改进这些负极材料的循环性能,然而离实际应用还有一段距离。关键原因是纳米粒子随循环的进行而逐渐发生结合,从而又失去了纳米粒子特有的性能,导致结构被破坏,可逆容量发生衰减。此外，纳米材料的高成本也成为限制其应用的一大障碍。

某些金属如Sn、Si、Al等金属嵌入锂时，将会形成含锂量很高的锂-金属合金。如Sn的理论容量为990mAh/cm3，接近石墨的理论体积比容量的10倍。合金负极材料的主要问题首次效率较低及循环稳定性问题，必须解决负极材料在反复充放电过程中的体积效应造成电极结构破坏。单纯的金属材料负极循环性能很差，安全性也不好。采用合金负极与其他柔性材料复合有望解决这些问题。

总之，非碳负极材料具有很高的体积能量密度，越来越引起引起科研工作者兴趣，但是也存在着循环稳定性差，不可逆容量较大，以及材料制备成本较高等缺点，至今未能实现产业化。负极材料的发展趋势是以提高容量和循环稳定性为目标，通过各种方法将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以研究开发新型可适用的高容量、非碳复合负极材料。

3．产业化现状

在锂离子电池负极材料中，石墨类碳负极材料以其来源广泛，价格便宜，一直是负极材料的主要类型。除石墨化中间相碳微球（MCMB）、低端人造石墨占据小部分市场份额外，改性天然石墨正在取得越来越多的市场占有率。我国拥有丰富的天然石墨矿产资源，在以天然石墨为原料的锂离子负极材料的产业化方面，深圳贝特瑞电池材料有限公司以高新科技促进传统产业的发展，运用独特的整形分级、机械改性和热化学提纯技术，将普通鳞片石墨加工成球形石墨，将纯度提高到99.95%以上，最高可以达到99.9995%。并通过机械融合、化学改性等先进的表面改性技术研制、生产出具有国际领先水平的高端负极材料产品，其首次放电容量达360mAh/g以上，首次效率大于95%，压实比达1.7g/cm3，循环寿命500次容量保持在88%以上。产品出口至日本、韩国、美国、加拿大、丹麦、印度等国家，并在国内40余家锂电厂家应用。该公司年产1800吨天然复合石墨（MSG、AMG、616、717、818等）、1200吨人造石墨负极材料（SAG系列、NAG系列、316系列、317系列）、3000吨球形石墨（SG）、5000吨天然微粉石墨和600吨锰酸锂正极材料，并正在不断扩大生产规模，同时可以根据客户的需求、工艺、设备以及存在的问题为客户开发客户需要的产品。生产的产品品质稳定、均一，具有很好的电化学性能和卓越加工性能，可调产品的比表面积、振实密度、压实密度、不纯物含量和粒度分布等。主要生产设备和检测仪器均从国外进口，从而形成该公司独特的核心竞争力的一部分。在锂离子电池负极材料行业贝特瑞已经引领了该行业的发展方向。

锂离子电池的研究现状篇2

1 正极材料研究现状

锂离子电池的正极材料将直接影响到锂电池所具有的能量密度性能、比功率特点、温度特点和安全特点等等。在当前的市场化锂离子电池中, 其正极材料主要包括了Li Co O2、Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2、Lix Mn2O4等Li Fe PO4等四种。第一种是Li Co O2, 这是第一代市场化锂离子电池正极材料, 具备了一些优势, 如比能量相对而言比较高, 循环性能以及高、低温状态下的工作性能较好, 与之相对应的锂离子电池产品一般用在各类小型电子设备。然而, 因为使用这一材料的电池在安全性和耐过充性上相对较差, 再加上Co资源较为稀缺, 其价格十分昂贵, 由此而无法成为大容量车用与储能锂电池正极上使用的材料。第二种是Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2, 这是一种具有了高容量的三元类材料, 其可逆比容量能够达到160m Ah/g之上, 是一种十分有前途的正极材料。这一材料和电解液之间的相容性比较好, 循环性能十分好, 能够应用于手机电池和动力电池等很多产品之中。因为三元材料会鉴于Ni、Co、Mn等三种元素的比例变化而具有不一样的性能, 可见, 这类材料能够产生出大量的正极材料, 从而满足于各类产品之需求。第三种是Lix Mn2O4, 这是一种成本更加低的材料, 其热稳定性与抗过充电性均超过了Li Co O2与Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2, 其三维隧道结构要比层间化合物更加有利于Li+的嵌入与脱出, 主要应用在高功率动力电池上。然而, 其相对较低的110m Ah/g的比容量以及较差的300次循环性能, 尤其是高温循环性之差导致其运用具有非常大的限制。第四种是Li Fe PO4。这是一种磷酸盐聚阴离子化合物, 也是近年来较快地发展起来的正极材料之一, 具备了比较高的安全性, 其耐高温性相当好, 循环性能也具有优势, 从而使其在动力电池与备用电源领域具有十分广阔的实际运用前景。然而, 同时其也存在着电压平台比较低、电导率较低以及低温的放电性与倍率放电差等特点。综合考虑正极材料的未来发展前景, 磷酸铁锂材料中所存在的一系列问题必将得到合理的解决, 学者们与企业所一致看好的Li Fe PO4能够在车用电池领域当中具备较好的发展前景。

2 负极材料研究现状

当前, 对于锂电池负极材料的研究主要集中于碳材料、合金材料钛酸锂以及过渡金属氧化物等等。其中, 碳材料是研究者最早投入研究并用在锂电池生产中的负极材料。依据负极材料的结构特性, 一般分为三类:石墨, 易石墨化碳即软碳, 难石墨化碳, 即硬碳。因为软碳和石墨所具有的结晶性能较为类似, 一般均觉得其比硬碳更为容易插入锂之中, 也就是更为容易进行充电, 其安全性自然也就更加好。石墨类材料的技术相对来说较为成熟。常规锂电池负极材料主要有天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球以及石油焦类人造石墨等, 其中中间相炭微球的结构较为特殊, 呈现出球形的片层结构, 而且表面上较为光滑, 其直径介于5m~40m之间, 这一材料所具有独特的形貌导致其在比容电量 (能够达到330m Ah/g之上) 、安全性能、放电效能及循环寿命 (循环次数在2000次之上) 等诸多方面具备了明显的优势, 然而其成本有待于进一步降低。当前, 硬碳材料因为具有首效较低、压实的密度较低、工艺上不够成熟等大量问题, 所以尚未进入到大规模的商品化之中, 而国内对这一领域尚处在试验阶段之中, 有关的文献报道非常少。除了上述碳类负极材料之外, 其他的负极材料包括了锡基复合氧化物、碳硅复合材料以及钛酸锂等, 其中的钛酸锂是目前重要的研究热点。这种材料是一种嵌入式的化合物, 呈现出尖晶石结构, 还可嵌入Li+。目前, 电极理论嵌锂容量的大小是175m Ah/g。在作为锂动力电池负极材料之时, 钛酸锂具备了十分显著的有利条件, 不仅循环寿命非常长, 而且钛酸锂的体积变化十分小, 被称之为零应变材料。钛酸锂与电解液间在界面上不会出现SEI膜, 而且内阻并不会有增加, 其安全性能十分优异, 电压平台在1.5V左右, 不容易导致金属锂的析出。电压的平台较为稳定, 具备了极好的耐过充性能以及耐过放性能。然而, 钛酸锂电极电位相对而言比较高, 其压实密度与重量比能量相对而言比较低, 导致导电性差与大倍率性能需要进一步提升, 而产品的一致性与电池的加工性能相对而言也比较差, 从而限制了钛酸锂更加广泛的市场化运用。

3 电解液研究现状

电解质的作用是在正、负极之间输送与传导锂离子。当前, 电解液的溶剂包括了碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯以及碳酸甲乙酯等五类。当前, 动力电池一般是以Li PF6为电解质盐的, 并由碳酸乙烯酯与直链碳酸酯共同构成的混合溶剂作为电解液。然而, 因为Li PF6的热稳定性与化学稳定性相对比较差, 对于怎么进一步提升动力与储能电池安全性能、循环性能等方面具有无法忽视的负面影响。所以, 要不断研究新型电解质锂盐、功能添加剂的作用, 这已成为这些年来锂电池电解液研究的重要方向, 因此, 二草酸硼锂在锂离子电池当中的运用已经引起了研究者更大的关注。用这种盐所配制而成的电解液具有抗过充与阻燃等作用, 所形成的SEI膜十分稳定。Li Mn2O4在Li BOB电解液当中的分解热只达到60J/g, 而Li Fe PO4则更低, 大概是6~8J/g, 如此一来, 就能极大地提升动力电池的安全性。因此, 把Li BOB视为添加剂加以运用, 和Li PF6进行混合使用, 能够极大地提升动力电池所具有的高温循环作用。

4 结语

当前, 中国已将新能源汽车业列为今后一个时期大力发展的战略性新兴产业之一, 这就为锂离子电池打开了更为广阔的市场空间。同时, 在电动自行车领域、航天领域、军事领域之中, 锂离子电池也具有非常好的发展前景。笔者坚信, 随着锂离子电池技术的进一步发展, 锂离子电池所具有的性能必然会愈来愈高, 其应用价值也会越来越大, 并朝着高能量密度化、高功率化、大型化等趋势继续发展。

摘要：锂离子电池和传统的蓄电池比较起来, 不但能量更高, 放电能力更强, 循环寿命更长, 而且其储能效率能够超过90%, 以上特点决定了锂离子电池在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景。本文对对锂离子电池的正极材料、负极材料、电解液等方面的研究现状进行探讨。

关键词：锂离子电池,正极材料,负极材料,电解液

参考文献

[1]李明月.新型锂离子电池材料研究进展[J].化工生产与技术, 2010 (4) .

[2]贾丰春.锂离子电池负极材料研究进展[J].辽宁化工, 2011 (11) .

锂离子电池电解质的研究与展望篇3

电解质在正负极间起着传递电荷作用，应该对离子导电、对电子绝缘。它对电池循环性能、操作温度范围、电池的耐用程度有着极为重要的影响。对于锂离子电池而言，电解质的组成至少涉及两方面:溶剂和锂盐。

A.液体电解质

对溶剂的选择主要基于三个方面的性质要求.即介电常数、粘度及溶剂的电子施主性质。一般说来，高介电常数有利于锂盐的离解，同时强的电子施主能力将有利于电解质盐的溶解。所谓溶剂的电子施主性质是溶剂分子所固有的失电子能力，其能力大小决定了电解质阳离子的溶剂化能力的高低。低的粘度可以增加离子的流动性，有助于提高电导率。

目前通常使用两种或两种以上溶剂混合而成的二元、多元混合溶剂。常见的有机溶剂有醚(ether)、烷基碳酸脂(alkyl carbonate)、内脂(lactone)、缩酮(ketal)等。

锂盐主要用来提供有效载流子。选择锂盐，一般遵循以下几个原则：与正负极材料有良好稳定性(兼容性)，也就是说，在存储期间，电解质与活性物质界面电化学反应速度小，使电池的自放电容量损失减至最少;比电导率高，溶液的欧姆压降小;安全性能高，无毒，无污染。

常用的锂盐有如下几种:六氟砷酸锂(LiPF6)，在充放电过程中LIAsF6会释放出有毒砷化物，而且价格相对昂贵。六氟磷酸锂(LiPF6)，己在商业电池中广泛使用，有较高的电导率且对碳材料有较好的兼容性，缺点是价格相对昂贵，固态时稳定性较差，对水十分敏感。三氟甲基磺酸锂LiCF3SO2，有较好的稳定性，但其电导率仅为基于LiPF6的液体电解质的一半。四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiCl04)都是广泛使用的盐。但是，含高氯酸锂类亚胺基锂盐，典型的是双氟磺酞亚胺锂(LiN(CF3 SO2)2，其电导率可以和甚干LiPF6电解质相比拟，稳定性超过FLiCF3SO2。

B.固体电解质

固体电解质，又称“超离子导体”或“快离子导体”。是指离子电导率接近(或在某些情况下超过)熔翻和电解质溶液的一类固体离子导电材料。是一类介于固体和液体之间的奇特固体材料，是物质的一个异常状态，其中有一些原子(离子)，有接近于液体的迁移率，而其它原子则保持其空间结构(排列)。这种液一固二相性，以及它在能源(包括产生，贮存和节能等几个环节)、冶金、环保、电化学器件等各个领域的广阔应用前景，区而引起了物理学家、化学家和和材料学家的广泛重视.

聚合物固体电解质是由含有可溶剂化极性基团的聚合物与盐络合形成的固体电解质材料。它除了显示出半导体、离子溶液等常见电导体系的性质外，还具有无机固体电解质所不及的可塑性，这一特性使聚合物固体电解质在应用上表现了三大优越性:

任意形状及厚度的薄膜。所以尽管聚合物电解质的室温电导率不高，较无机的低2~3个数量级，由于加工成很薄的膜，使电池内阻大大降低，从而可通过提高面积/厚度比值来补偿电导的偏低;紧密性-与电极完整的接触，使充放电电流增大;应性-在充放电过程中能很好地承受压力的变化，适应电极体积变化。聚合物固体电解质质轻、耐压、抗震、耐疲劳、无毒无腐蚀以及与电极组成电池时所表现出的电化学稳定性为其应用开创了更广泛的前景。目前国内外的科学家们正致力于使它能应用在能源贮存、电化学元件、传感器等多方面的研究，在高比能锂电池的研制进程中已成为最强有力的竞争者。

2.电解质的组成成份及特性

电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂离子电池的“血液”，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、必要的添加剂等原料，在一定条件下，按一定比例配制而成的。

电解质主要有以下几大特性：耐还原性和耐氧化性；高效率的离子导电度；高的透导率(自由离子的数越多，离子导电度越低)；低粘度(自由离子的移动的容易性)；低凝固点。

3.电解液预充电的目的及条件

为了提高电池的安全性能，防止过充电及热露出;增强容量及提高寿命我们要进行电解液的注入，同时要对电解液进行预充电，其目的是为了增进电解液含浸性;为去除水分.减少电池的厚度;充电之后，在高温下帮助皮膜形成。电解液注入后，在预充电投入之前，为电解液被吸入设定等待时间。平均等待时间设定为30分钟左右。为让电解液充分被吸入，等待一定时间后，对已注入电解液的电池芯进行预充电。以静电流方式进行充电;充电快要完毕时，根据电压、电流、充电容量判定出是否良品;各型号产品充电条件大不相同，

4.电解液的安全性能

在液态锂离子电池首次充电过程中，负极材料石墨与电解液首次作用形成SEI膜，良好的SEI膜能够改善电池的安全性能，以下是使用Vinylene carbonate（VC）作为添加剂的的量子化学计算结果，其作用主要是抑制电解液的分解，使石墨负极形成良好的SEI膜，提高电极可逆容量和稳定性。另外还可以通过添加过充保护添加剂和高沸点高闪点的阻燃剂作为电解液的添加剂，从而确保安全性能。

锂离子电池的研究现状篇4

2010年01月26日作者：陈东关勇辉陈苗戴扬刘辉来源：《中国电源博览》第104期编辑：李远芳

摘要：锂离子电池大型化应用的主要障碍包括成本、寿命和安全问题。磷酸亚铁锂正极材料是解决这些问题的关键材料之一，但该材料极低的本征电导率增加了其应用的困难。本文从颗粒纳米化、表面包覆碳，本体掺杂等方面综述了提高磷酸亚铁锂材料电子和离子导电能力的的改性研究及产业化进展。

关键词：锂离子电池；正极材料；磷酸亚铁锂

引言

锂离子电池是一种高效致密的储能器件。锂离子电池技术的发展趋势是追求更高的质量与体积比能量、更高的比功率、更长的循环与服役寿命、更低的使用成本，同时更加强调器件的环境适应性和安全性，其应用领域已从手机、笔记本拓展到电动工具、轻型电动车、混合电动车、电信备电、空间航天等领域。锂离子电池的安全问题一直是产业界和科研界关注的焦点。解决方法主要包括：设计安全的电芯物理结构、采用热稳定性更高的电极材料、采用有机或无机电解液添加剂、隔膜采用三层复合或有机/无机（陶瓷）复合结构、变革传统氧化还原反应电极材料为有机自由基反应材料等。

从安全问题发生的化学反应机理看，选择电化学和热稳定的锂离子电池电极材料是预防电芯滥用导致安全问题的最基础也是最重要的手段。高容量的正极材料LiNi0.5Mn0.5O2和以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为基准的镍钴锰三元层状材料（3M专利）在安全性上较LiCoO2有了较大提高，但这些氧化物的热稳定性还不能令人满意。以LiFePO4为代表的聚阴离子结构磷酸盐材料由于其突出的内禀安全、超长循环寿命、宽电化学窗口、低成本等特点受到了广泛关注。磷酸盐材料还包括高电位的单电子氧化还原嵌入化合物如LiMnPO4LiCoPO4[11, 12]

[5-7]

[4]

[8-10]

[3]

[2]

[1]、LiVPO4F、、LiNiPO4[13][11]

和具有高电化学容量特点的多电子氧化还原嵌入化合物如

[14, 15]Li2NaV2(PO4)3和Li3V2(PO4)3。本文主要介绍最成熟的磷酸盐-磷酸亚铁锂材料的最新研究及产业化进展。磷酸亚铁锂的本征结构、物理特性与应用壁垒

LiFePO4是一种橄榄石结构的聚阴离子磷酸盐，P-O键非常强，材料热力学稳定，使用安全可靠，是当前最受关注的锂离子电池正极材料之一。该材料电化学完全脱嵌锂时，晶格a，b轴方向分别收缩5%和3.6%，c轴方向伸长2%，晶格体积畸变较小，约6.6%，晶格形变小，材料结构稳定，循环寿命极长。LiFePO4还具有无毒、对环境友好、原料丰富、比容量（理论容量为169 mAh/g）与库仑效率高、充放电平台平稳(3.45V vs.Li/Li)、比能量和

比功率高等优点，因此该材料非常适合于对安全性、循环寿命、功率特性、使用成本等极为敏感的大型电池应用领域。

LiFePO4 的充放电过程可大致表述为：LiFePO4?FePO4+Li+e。在室温下LiFePO4的脱嵌锂行为实际是一个形成FePO4和LiFePO4的两相界面的两相反应过程。NewmanDodd[18]

[4]

[16]

+、Yamada

[17]、等分别系统地研究了LixFePO4充放电过程中的相变过程（见图1）。

图1 磷酸亚铁锂充放电过程的相变

LixFePO4是一种典型的电子离子混合导体，禁带宽度为0.3 eV，室温电子电导率相当低，约10-9S/cm；LixFePO4室温离子导电率也相当低(~10-5S/cm)，橄榄石的特征结构使得锂离子的体扩散通道少（仅能实现准一维扩散），在LixFePO4脱嵌锂的两相反应中，LiFePO4和FePO4中的理论锂离子扩散系数约为10cm/s和10 cm/s-162[20]

2-7

2[19]，而实际测量发现锂离子在-1

42LiFePO4和FePO4中的“有效”扩散系数可能比理论值低7个数量级，分别为1.8×10 cm/s和2×10 cm/s。因此要使LiFePO4用作锂离子电池正极材料必须同时提高其电子电导和离子电导，改善其电化学界面特性。

磷酸盐亚铁锂材料改性方法

提高磷酸亚铁锂材料电导率的主要方法包括：颗粒纳米化；表面包覆导电层，如纳米碳层；对磷酸亚铁锂进行体掺杂；合成过程中在磷酸亚铁锂材料表面生成良好电子电导的Fe2P、Fe3P和Fe15P3C2相；改善磷酸亚铁锂材料的表面形貌，如Valence Technology公司提出采用CTR（Carbothermal Reduction）方法

[21]

将导电碳分散在磷酸盐颗粒间。颗粒纳米化是提高锂离子电池材料电导率最常用方法之一。通过降低磷酸亚铁锂的颗粒尺寸，缩短锂离子的有效扩散行程，能有效提高材料的离子电导率。颗粒纳米化会降低材料的电子电导率，因此材料合成时通常也引入金属离子掺杂和导电材料包覆，另一方面，碳包覆尤其是原位碳包覆又能有效调控磷酸亚铁锂材料的纳米颗粒尺度。在磷酸亚铁锂材料的实际合成时，经常是几种方法同时采用，几种机理作用共存。

掺杂改性是提升电学功能材料的电子和或离子电学输运特性、提高材料的结构稳定性的最常用手段。常用来对磷酸亚铁锂进行体相掺杂的金属离子包括Mg、Ni、Co、Al、Ti、Zr、Nb、W等4+5+6+[21-24]

[22]。Chunsheng Wang等研究发现（见表1），掺Mg能显著提高磷酸盐亚铁锂的电子电导，并小幅提高离子电导，综合效果是电子电导和离子电导处于同一数量级；掺Ni后电子电导率的提高率更为显著，但离子导电率几乎不变；在25℃下，LiFe0.95Mg0.05PO4倍率特性明显优于LiFe0.95Ni0.05PO4。2002年MIT材料系Y.M.Chiang研究组报道的结果引人注目[24]

5+，该研究发现磷酸亚铁锂材料掺杂Nb等金属离子进入Li 4a位置后生成空穴载流

2-3-5子，材料的电导率提高到了3×10~4×10 S/cm，甚至超过氧化物正极材料LiCoO2(~10S/cm)和LiMn2O4(~10 S/cm)的电导率。

表1 LiFe0.95Mg0.05PO4、LiFe0.95Ni0.05PO4和LiFePO4电子和离子电导率

[24]

但是Y.M.Chiang的结论存在很大争议，主要是：掺杂能大幅提高材料的电子电导率，而实际上此时材料电导率的限制步骤可能是锂离子的扩散能力或离子电导率，纳米化降低锂离子的扩散难度可能才适合于解释文中现象；如此大幅度提高材料电子电导率的本因可能并不是掺杂形成“Li1-xNbxFePO4”，而是有其他导电能力更好的物质生成所致。Nazar等

[25]

认为，磷酸亚铁锂材料体电导率的显著提高并不是由掺杂引起，而是因为合成过程中特别是高温下容易在磷酸盐表面生成如Fe2P等纳米金属磷化物导电网络所致，导电网络提高磷酸盐晶界电导。Prosini等[26]

发现未掺杂的纳米或亚微米级（100～150nm）磷酸亚铁锂材料在3C

[27]以下倍率放电时同样具有良好的倍率特性。Masquelie等发现即使不掺杂、不包覆碳，粒

[28]径在140 nm左右的磷酸亚铁锂在5C放电倍率下具有147mAh/g的高比容量；他们还认为

根本无法将Nb掺杂进入磷酸亚铁锂生成所谓的“Li1-xNbxFePO4”，提高磷酸亚铁锂材料电子电导率、改善其电化学性能的主因在于NbOPO4和/或(Nb, Fe, C, O, P)导电网络的生成。实际上，早在2001年，Yamada等

[29]

就已经提出降低材料的粒度是克服磷酸亚铁锂中锂离子扩散受限问题的有效方法。Y.M.Chiang等在近年也开始集中于磷酸亚铁锂的纳米颗粒效应的研究（美国应用专利：US2007/0031732A1 和US2007/0190418A1）。

碳包覆也是提高磷酸亚铁锂材料性能的最常用改性手段，碳包覆不仅可以提高磷酸亚铁锂材料的电子电导率，还可以有效控制磷酸亚铁锂粒子的晶粒长大，是获取纳米颗粒、提高锂离子扩散能力的有效手段。加拿大蒙特利尔大学、Hydro-Quebec研究院、和德州大学Goodenough小组对有机物碳源碳包覆方法进行了一系列卓有成效的研究，其影响也最大。1999年，Ravet和Goodenough等

[30]

最先提出了有机物（蔗糖）作为碳源对磷酸亚铁锂材料

[4]进行原位碳包覆改性，发现在高温下含1%碳的磷酸亚铁锂材料在1C倍率下的放电容量高达160 mAh/g，已接近理论容量，这较Padhi和Goodenough在1997年报道的结果有了质的飞跃，自此碳包覆改性研究成为磷酸亚铁锂最重要的改性方法之一。2001年，Nazar等

[31]

结合碳包覆和纳米粒子的概念，第一个真正意义上显示了碳包覆的纳米或亚微米尺度的磷酸亚铁锂具有极优的倍率特性（5C倍率下，容量高达120mAh/g），结果表明，采用碳包覆可以同时提高磷酸亚铁锂的电子电导和离子电导。但Nazar等未对碳的含量以及磷酸亚铁锂的粒度进行优化，也未考虑材料的体积比能量问题（文中碳含量高达15%，将极大降低材料的振实密度）。Dahn等[32]随后尝试了多种碳包覆的方法期许降低LiFePO4/C复合电极中碳的含量来全面提高材料的质量比能量、体积比能量和振实密度，他们指出对磷酸亚铁进行碳包覆改性时，必须综合考虑合成与制备方法对材料容量、倍率能力以及振实密度的影响。2003年，Valence的Baker等[21]报道了采用“碳热还原”（CTR-Carbothermal Reduction）方法制备碳包覆（采用碳改性的提法可能更为恰当）的磷酸亚铁锂材料，该方法采用磷酸二氢锂、氧化铁等为主要原材料，碳为还原剂和碳源，使用碳热还原法合成的材料其放电容量可达156 mAh/g；该合成方法的一个显著特点是材料合成中掺入金属离子，同时碳能分散在微小的一次颗粒间，同时弥散在二次颗粒间，材料导电能力非常好。结合Valence公司提供的产品信息看，CTR不仅是正如文中所提是最可能实现产业化的方法，似乎也是一种综合优化材料容量、倍率能力以及振实密度的理想方法。

碳包覆作为有效提高磷酸亚铁锂性能的方法现已越来越受到重视。研究者开始系统研究不同碳源、包覆碳层的组成、包覆碳层厚度等对磷酸亚铁锂电化学性能的影响。浙江大学赵新兵等[33, 34]采用聚丙烯替代无机碳粉作为碳源，分别以FePO4和Fe2O3 为铁源经一步固相反应法

3+合成LiFePO4/C复合材料；研究结果表明，聚丙烯高温分解产生的碳有效地抑制了LiFePO4晶粒的聚集长大，不同Fe铁源得到的产物粉体均略呈球形，形貌相差很小，颗粒尺寸在300～600nm之间，二者首次放电容量相差也不大，均为160 mAh/g（0.1C）左右。赵将这种方法的优点总结为[34]：高分子聚合物的分解产物（原子态H和C）具有高于固态碳材料的还原能力，从而可降低合成温度、缩短反应时间；高分子聚合物分解的碳在反应系统中呈原子

级分散状态，从而可实现对合成产物的均匀包覆，并在颗粒之间形成相互连通的导电碳膜；固相合成中原位包覆的碳膜降低了磷酸铁锂颗粒的长大速度，从而有助于对正极材料颗粒尺寸的有效控制。Doeff等

[35, 36]

研究了不同碳源与原位包覆的表面碳层的结构对LiFePO4电化学性能的影响，他们认为碳纤维和碳纳米管能显著增强磷酸亚铁锂的性能；LiFePO4/C复合材料性能还取决于碳的结构而非含量，其电化学性能强烈依赖于表面碳层中无序碳与石墨化碳组分的比例，石墨化碳比例高的材料倍率性能更好；而且由于石墨化碳中sp杂化的碳电导率大于sp杂化和无序碳的电导率，因此LiFePO4 的电化学性能与包覆层的碳中sp/sp比例呈正相关，图2为LiFePO4/C复合材料中碳结构与材料电导率的关系。Dominko等

323[37]

2采用溶胶-凝胶法制备了不同碳层厚度的多孔、结晶良好的LiFePO4/C复合材料，研究了碳含量和碳包覆层厚度的关系，发现包覆碳层的厚度随着含碳量的增加而增加（从1nm增加到了10nm）；含碳量3.2%时（包覆碳层厚度约1nm），在1C倍率下的放电其比容量约为140mAh/g。

图2 LiFePO4/C复合材料中碳结构与材料电导率的关系重要合成路径与产业化进展

磷酸亚铁锂材料的合成方法主要分为固相法和液相化学法，在实际产业化生产过程中通常引入球磨、喷雾或冷冻干燥

[38]

及造粒、机械或气流粉碎及分级等手段提高制程能力。

磷酸亚铁锂的合成路径可根据所用的铁源不同，分为以亚铁盐为铁源的“亚铁盐化合法”和“三价铁源化合物法”。铁源采用亚铁盐的固相烧结方法其典型原料包括Li2CO3、草酸亚铁和NH4H2PO4或(NH4)2HPO4，原料均匀混合后在惰性气体保护下烧结；三价铁源的固相法以Valence和Sony的方法为代表，铁源为氧化铁或磷酸铁；上海交通大学马紫峰等

[39]

[4]

也提出了类似Sony的以磷酸铁为三价铁源的高能球磨法。固相法工艺的特点是工艺过程直观，材料的质量比容量和体积比容量均较高，生产过程可实现超低的排放。但是固相法的精确化学计量不易控制，对原料、工艺路线的选择相当重要，对过程控制的要求也非常高。Valence公司是成功采用固相法实现产业化的典型代表，该公司围绕“CTR”方法申请了大量的磷酸盐材料专利。

液相化学方法一般采用“亚铁盐化合法”，是合成碳包覆掺杂磷酸亚铁锂亚微米和纳米颗粒的有效方法，常见的液相化学合成方法主要有水热法[37, 44]

[12, 40-42]、溶剂热

[43]、凝胶-溶胶法、共沉淀法[45]等。以水热合成法为例，一般采用LiOH?H2O，H3PO4和水溶性亚铁盐（如FeSO4）为前驱体，在较低温度下通过水热反应若干小时内直接合成LiFePO4。液相法的优点是合成温度低（低能耗）、反应条件灵活可控、产物的成份结构均匀（少量合成）、能合成纳米级颗粒，缺点是大规模化生产时对设备要求很高、不容易控制亚铁离子的氧化、不易真正意义上实现名义的化学计量、材料的性能和批次稳定性不易控制、而且易产生有污染的废气和废水。对于凝胶-溶胶法，还存在合成时间太长而使生产率严重降低的问题。液相法合成方法还有一个明显的缺点是合成的材料振实密度较低，材料体积比容量偏低，电芯制程时，材料的加工非常困难（混合和涂布）。Hydro-Quebec公司是液相化学法的典型代表，磷酸铁锂材料一次粒子的粒径在50～250nm之间，室温1C倍率的放电容量高于140mAh/g，60℃下0.25C/1C充放电400次，容量保持率为98.2%

[46]。

迄今，公开宣称已批量制造基于磷酸亚铁锂正极材料的锂离子电池的公司仅有美国两家公司Valence Technology

[47]

和A123systems

[48]

。前者宣称是全球率先商业化磷酸亚铁锂电池的企业；后者宣称其纳米磷酸盐电池具有超高的功率特性，目前该公司已接收到红杉资本、通用电气、摩托罗拉、高通等公司1.5亿美金的投资，产品包括专业电动工具电池组、HEV（Hybrid Electric Vehicle）电池组、PHEV（Plug-in）电池组和BEV（Battery EV）电池组。在日本，NTT、三井也在积极开发磷酸亚铁锂材料发该材料的行列，部分厂家已取得了阶段性进展结论

内禀安全、无毒、环境友好、原料丰富、高性能的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂材料是实现锂离子电池从移动电话、笔记本电脑等小型应用跨越到专业电动工具、备用电源、轻型电动车、混合电动车、电力储能以及航空航天等大型应用的关键材料。为了克服该材料低的电导率带来的应用障碍，研究人员对该材料进行了包括颗粒纳米化、表面包覆碳及体掺杂

[50-52]

[49]

。大陆和台湾也有部分厂商加入开。

等大量改性研究，并尝试了各种有效合成方法来调控该材料的性能。美国公司的成功产业化将迅速带动国内磷酸亚铁锂材料及相关产业的发展。

参考文献：

面试题锂离子电池动力电池篇5

1.目前市场上主要有那几种电池？从体积能量密度、环保性等方面阐述他们的特点。铅酸铵电池：能量密度低，体积较大。含污染环境的重金属铅。镍镉电池：能量密度不高，含有有毒金属元素镉。

镍氢电池：能量密度较高，环保性好，不再使用有毒的镉。锂电池：能量密度较高。绿色环保。

2.锂离子电池的正极材料主要有哪几种？并分析他们的优缺点

钴酸锂优点：工作电压较高，充放电平稳，比能量高，电导性好，工艺简单。钴酸锂缺点：抗过充电性较差，价格昂贵（钴），循环性能有待提高，热稳定性差。

锰酸锂优点：锰资源丰富、安全性高，比较容易制备。

锰酸锂缺点：材料抗溶解性低，深度充放电过程易发生晶格畸变，造成电池容量的迅速衰竭。

三元材料（钴镍锰酸锂）优点：高温稳定性好，抗电解质腐蚀性好。三元材料（钴镍锰酸锂）缺点：充放电时晶格也容易畸变。

磷酸铁锂优点：高稳定性，安全可靠。

磷酸铁锂缺点：导电性一般，电极材料利用率低。

3.碳酸锂在锂电池行业的应用是什么？相关的上市生产企业有那几个？

碳酸锂是正极材料、电解液、金属锂的基础原材料。是锂电最主要的基础材料。

天齐锂业

西藏矿业

中信国安

路翔股份

赣锋锂业

4.从电解液的材料成本来看，电解液的主要核心材料是什么? 国内生产企业有那几个? 从材料成本的角度看，六氟磷酸锂是电解液的核心材料，10 吨电解液需要1-1.25 吨六氟磷酸锂，但所占电解液总成本却高达60%以上。

2011 年之前，国内只有天津金牛能生产六氟磷酸锂，产能为400 吨/年。上市公司中多氟多已于2011 年初开始试生产，4 月份全面投产，产能达到200 吨/年；九九久5 月底400 吨/年六氟磷酸锂项目也进入试生产阶段，江苏国泰的300 吨/年的项目仍处于中试阶段。

5.国内电动自行车电池主要有哪几种?他们分别占有的市场份额大约是多少？

高达89% 采用铅酸电池，镍氢电池仅8%，锂离子及其它电池仅3%，预估未来将改以锂离子电池为主。

6.生产、研发动力电池的国内企业主要有那些？

天津力神电池股份有限公司

深圳市芯动力精电电子科技有限公司苏州星恒电源有限公司

上海恒动汽车电池有限公司

赛恩斯能源科技有限公司

合肥国轩高科动力能源有限公司

深圳市北虎电池科技有限公司

江西省福斯特新能源有限公司

深圳市科普仕能源有限公司

北京中芯优电信息技术有限公司

东莞市翔度电池有限公司

中聚雷天动力电池有限公司、北京中润恒动动力电池有限公司

比亚迪

深圳比克

哈尔滨光宇

7.电池隔膜的主要作用是什么？阐述一下国内电池隔膜的现状。

电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负级并使电池内的电子不能自由穿过，让电解质液中的离子在正负极之间自由通过。

锂电池成本中，隔膜约占20%，但毛利率却高达70%，是动力锂电池中盈利能力最强电池材料部分。

目前国内隔膜市场80％以上被美、日进口产品占领，国产隔膜主要在中、低端市场使用。我国高品质隔膜尚待突破。目前国内佛塑金辉高科、东莞星源科技、河南新乡格瑞恩、中科来方等厂商已可提供小型锂电池用隔膜，价格只有进口隔膜的1/3~1/2，采货周期也相对短些，但国产隔膜的厚度、强度、孔吸率不能得到整体兼顾，且量产批次均匀性、稳定性较差。国产隔膜正逐步进入中低端市场进口产品替代阶段，同时，少量产品已经进入高端市场。

8.前段时间发生了铅酸铵电池生产企业的污染水源事件（血铅事件）。谈一谈中国目前铅酸铵电池行业的现状，以及未来有哪些投资机会。

全国范围近2000 家铅酸电池企业，由于血铅事件，共有583 家企业被取缔，比例达到30%。此外，还有50%的企业被停产整顿，仅13%的企业能够正常生产。

从中期看，铅酸电池新批产能项目将变得非常困难，主要由于：1）各省市重金属排放实行严格的总量控制；2）铅蓄电池项目审批实行终身问责制；3）铅污染事故仍在蔓延。新建生产线需要1～1.5 年的时间，短期内供需难改善。目前在生产的铅酸电池厂，仍存在环境污染隐患，行业整治仍将持续，市场集中度将持续提高。目前动力电池已经提价近20%，毛利率达到40%以上。

锂离子电池常见问题总结篇6

11、什么是电池的容量？

电池的额定量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。Li-ion规定电池在常温、恒流（1C）恒压（4.2V）控制的充电条件下充电3h，电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位有：mAh、Ah=1000mAh）。

14、什么是工作电压？

又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电池，充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。

15、什么是放电平台？

放电平台是恒压充到电压为4.2V并且电电流小于0.01C时停充电，然后搁置10分钟，在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。

17、什么是自放电率？

又称荷电保持能力。注：电池100%充电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在GB标准规定LI-ion后在20±2℃条件下开条件下开路搁置28天。可允许电池有容量损失。

18、什么是内压？指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。

高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓底，电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短等。

Li-ion任何形式的过以都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。帮Li-ion在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充。

19、为什么电池要储存一段时间后才能包装出货？

电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数。电池经过一定时间储存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。经过了一段时间的储存，可以让内部各成分的电化学性能稳定下来，可以了解该电池的自放电性能的大小，以便保证电池的品质。21.什么是分容？

电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。22．什么是压降？

电池按定性充电至80%以上，测量其电池空载电压。5W/2W电池作为负载连接电池正负极端开关作为电池的断路，通路的装置进行串联。打开开关后5秒电压下降不大于0。4V，为合格主要为测试电池负载性能。23．什么是静态电阻？即放电时电池内阻 24．什么是动态电阻？即充电时电池内阻。

25．什么是电池的负载能力？当电池的正负极两端连接在用电器上时，带动用电器工作时的输出功率，即为电池的负载能力。26，什么是充电效率？什么是放电效率？

充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储蓄顾的化学能程度的量度。主要受电池工艺，配方及电池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率要低。放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，内阻等到因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越低，放电效率越低。27．目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？

目前镍镉，镍氢，锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备（如笔记本电脑，摄像机和移动电话等到）中，每种充电电池都具自已独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比，镍氢电池容量是镍镉电池的二倍。这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大大地延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是；A大大减少了处镉电池中存在的：“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，因为它内部没有有毒重金属元素。

33、目前在使用和研究的“绿色电池”有哪些？

新型绿色环保电池是指近年来已经投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子蓄电池、金属氢化物镍蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料蓄电池、燃烧电池、电化学储能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已经广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池。

34、什么电池将会主宰电池市场？

随着照相机，移动和无绳电话，笔记本电脑，带图像，声音的多媒体设备在家用电器中占据越来越重要的位置，与一次电池相比较，二次电池即可充电式电池也大量的应用到这些领域中。而二次充电电池将向体积小，重量轻，容量，智能化的方向发展。

35、什么是锂离子蓄电池？

是指以锂离子为反应活性物质的可充式电池，当电池放电到终止电压后能够再充电，以恢复到放电前的状态。

36、锂离子蓄电池的工作原理?

放电时,锂与碳的相嵌化合物中的锂,从负极溶解形成锂离子到电解液中,穿过电解液并在正极晶体中嵌入形成嵌入化合物.充电时,在正极嵌入的锂离子重新回到电解液中,然后在负极上与碳形成嵌入化合物,周而复始.37、锂离子蓄电池与镍/镉、镍/氢、铅酸蓄电池相比有哪些优点？

比能量高，自放电率低，高低温性能好和充放电寿命长。

38、何为电池的平均电压？

电池放电时，从开始到放电终止时的电压平均值。

39、何为电池的能量密度？

指电池的单位体积所含的电能。

40、何为电池的容量？

指电池内的活性物质参加电化学反应所能放出的电能称为电池的容量。

41、何为电池的设计容量？

根据电池内所含活性物质的量，从电化学理论计算电池的容量称为设计容量。

42、何为电池额定容量？

指电池经设计后，经电池制程过程的影响，电池所能达到容量称为额定容量。

43、锂离子蓄电池的工作温度范围？充电

-10—45℃

放电

-30—55℃

44、何为电池的倍率放电？

指放电时，放电电流（A）与额定容量（A•h）的倍率关系表示。

45、何为电池的小时率放电？

按一定输出电流放完额定容量所需的小时数数，称为放电时率。

46、锂离子蓄电池由那些原材料组成？

正极活性物质，负极活性物质，集流片，隔膜，电解液，外壳等材料组成。

47、锂离子蓄电池型号与电池的那些特征有关？

电池的外形长、宽、高及电池的容量。

48、影响锂离子电池循环性能的两个最重要的因素是什么？

活性物质的性质和杂质的种类、含量。

49、如何在生产过程中控制电池内部的水份？

1、作好防潮、防湿处理。

2、缩短操作时间，减少极片在空气中暴露时间。

3、合理正确地进行烘烤作业。

4、尽量在干燥环境下进行作业。

50、锂离子蓄电池的活性正极材料是什么？锂盐；如钴酸锂，锰酸锂，镍酸锂等。

51、锂离子蓄电池的活性负极材料是什么？

石墨粉

52、电极材料为何要加入导电剂？在电池工作时，电池的活性物质无论充放电都不会溶解在电解液中，为加强活性物质与网栅、集流片的接解导电性，而加放导电剂。

53、锂离子蓄电池的电解液的组成是什么？

常用的为六氟磷酸锂，四氟磷酸锂（LiPF6、LiClO4）等。

54、配料的目的是什么？

使活性物质分散均匀，便于拉浆均匀，上浆量恒定。

55、请简述配料的工艺流程。

56、正、负极片拉浆的三个基本参数。

拉浆温度、速度、敷料量。

57、如何控制极片的敷料量？根据正负极浆料的固含量、比重调节拉浆机机头刀具间隙，控制拉浆的厚度，以达到控制。

58、如何头判定拉浆过程中极片的质量好坏。

极片表面平整、光滑、敷料均匀、附着力好、干燥，不脱料、不掉料、缺料、无积尘、无划痕、无气泡的极片为好的极片，有缺陷的为不好的极

59、正、负极片裁片的主要的设备。

铡纸刀、剪板机。

60、正、负极片的主要注意事项。1）、检查刀口有无毛刺、不平，作业时注意用刀的安全。2）、正负极裁片用刀不可混用。3）、在裁片过程中随时检查极片的质量，将不合格的分档分开，不可混淆放置。4）、裁完的片经检查后极时转入以后的工序作业中。61、正、负极正烘烤的目的是什么？

除去极片内的水份和有机溶剂。

62、正、负极片压片的目的？使活性物质与网栅及集流片接触紧密，减小电子的移动距离，降低极片的厚度，增加装填量，提高电池体积的利用率。从而提高电池的容量。

63、压片厚度对电池性能有什么影响？

压片厚度太厚时，容易使电池内活性物质量减少，单位体积的活性物质量的减少和极化电位的增大，从而造成电池的容量降低。

压片厚度太薄时，容易造成电池内的活性物质量增加，极片表面有效面积减小，从而造成活性材料的浪费和大电流的困难。64、极片称重的目的是什么？

准确了解和掌握极片的敷料量。

65、配片的目的是什么？

使正负极片上的活性物质的量比例保持一致性。66、为什么要进行刷片操作？

清除极片上的积尘，积料，毛刺等。67、正极片采用什么极耳？

采用铝带极耳。68、负极片采用什么极耳？

采用镍带极耳。

69、焊接极耳的设备？

正极用超声波焊机，负极用点焊机。70、卷绕车间的湿度对电池质量有什么影响？

卷绕房内的湿度大时，极片吸水量大，增加了极片的水份含量，在电池中产生气体量增加，使电池的内压增加，危害电池的安全性能。水份的增加多消耗电池中的活物质，使电池容量下降。湿度小反之

71、卷绕车间中空调机和除湿系统的作用？

保持室内的温度恒度，减小室内的湿度，以提高电池的性能。72、卷绕车间是否可用水擦地板？

不可以

73、卷绕电池芯的主要注意事项？

1、极片与隔膜纸铺平对齐。用手按住极片与隔膜纸时，用力大小适中均匀。电池芯卷绕松紧适当。

2、注意极片上有无划痕、掉料、缺料、气孔、起泡等不良及隔膜纸有无不良，如有作废品处理。

3、卷绕时注意手脚的谐调性，不被卷针划伤手。73、电池芯贴胶纸的目的和位置？

电池芯贴纸的位置在电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触电池造成短路。侧面贴纸使电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触造成电池短路。74、将极耳焊接到盖板上采用那些设备？超声波、对焊机。75、电池芯电阻要求？大于20MΩ 76、电池芯的电阻达不到要求怎么办？返修

77、为何极耳也要贴胶纸？

增加牢固性和防止极耳接触产生短路。

78、电池盖板在使用前需要做那些检验？

外形尺寸、形状、厚度、绝缘怀、密封性、耐腐蚀性、材持等项目的检验。79、电池盖板所能承受的最大压力是多少？ 0.4Mpa 80、如何防止电池漏液？

防止电池漏液应做好以下几方面的工作：

1、焊接电池外壳与盖帽时，应焊接牢固、密封，焊接无漏焊、虚焊，焊缝无裂缝、裂口等不良。

2、钢珠封口时，钢珠大小适当，钢珠材质与盖帽材质相同。焊接无裂口、裂缝并且焊接牢固。

3、盖帽的正极柳接紧密，无间隙，并且绝缘密封垫弹性适当，耐腐蚀，不易老化。81、如何在现有条件下防止未封口电池在车间吸水？

1、作业电池应少量多次。缩短电池在空气中暴露时间。

2、作业完毕的电池及时转送到下一工序。尽量缩短电池在制程中的停滞时间。82、干燥房的湿度要求？相对湿度在6%以下。

83、干燥房的湿度对电池的性能有什么影响？湿度增加使电池芯的吸水量增大，使电池的容量下降，内压增加。84、如何尽量防止湿气进入干燥房？少进少出，少开门，干燥房的门不能同时打开。85、你认为干燥房可以用水擦地板吗？不可以。86、电池在注液前需要做那些处理？

涂胶和真空烘烤处理。

87、电池在注液前为何要进行真空烘烤？尽量除去电芯内的所含的水份和溶剂。88、电池在注液前为何要称重？

以便准确计算注液量多少。89、电池注液方法？用手动注液机或自动注液机进行注液操作。

90、如何检验电池是否注满电解液？用真空抽吸测试，在注液口上用真空吸时，有电解液被抽上表示已满，没有表示没满 91、电解液中的LiOF6的作用？

导电的电解质。92、电解液中的LiPF6的浓度？ 1mol/L 93、电解液中溶剂的作用？溶解电解质，使电解质离子化。94、电解液的电导率范围？

8×10-3Ω-1 95、电导率对电池工作电流的影响？电导率影响倍率放电率，和电池的内阻，和电池的电压。

96、电池的内阻受那些因素影响？电解液的电导率，电池的外壳材料性能，极片的导电率及极耳材料的截面积。电池焊接的质量。

97、电池的容量受那些因素影响？正负极材料的特征的性能及材料的种类、型号和活性物质的量。正负极活性物质的正确比例。电解液的浓度和种类。

生产制程过程。

98、你认为如何在电池生过程中控制电池内的水份？

在生产制程中严格控制环境的湿度以及加强电芯的烘烤控制电池的水份。99、电池在带电时可否用表测量电阻？可以

100、化成机在化成大容量电池时应该注意什么问题？注意电池的总功率是否超过化成机的功率。就目前国际标准电液lipf6体系而言: 1M lipf6 EC:DMC 1:1 RT(9ms)低温性能差,-10℃EC结晶 1M lipf6 EC:DEC 1:1 低温略好挥发性气体对锂不稳定改进方向:在不影响碳电化学性能条件下,三元体系或者四元体系例如:1M lipf6 EC:DEC:DMC 1:1:1(SONY)等等 lipf6体系优点:对铝稳定、电导率高、SEI容易形成......缺点:溶剂中80度分解、水解.....总体上说,各厂家针对负极材料不同的会选择合适配比的电解液配方.电解液与负极在形成SEI时得到质量好的SEI同时气体产生量较少，有没有精通的！？闭口化成,呵呵,保密

添加剂的种类大体有......不过不是万能的,看使用的目的,如果连目的都不清楚,还是不用的好我还是想说说，其实就负极而言，成膜的电位是比较高的，一般高于0.8V（石墨），而后才是嵌锂阶段，直到负极电位接近0V,请注意，千万要控制住不要低于0V，那样会出现析锂了。其实所谓成膜添加剂，有些就是在更高的电位成膜，来减少EC等在负极表面成膜而造成的不可逆容量。

就整个电池电压而言，是在电压较低的时候成膜，此时正极电位刚刚爬到3.90V以上，考虑到极化的影响，成膜电压应该在3.35V或更低。大家可以做试验，用极小的电流，来观察是否有“平台”出现，当然要细心观察。SEI并不重要！

电池在初始充电都能很好的形成，对电池的性能改善不大！原材料本身的缺陷在后天工艺上是弥补不了的！电池的好坏要看工艺的成熟程度和品质的控制思维，还有原材料本身的性能和稳定性，以及其中的合理搭配！

说白了电池要做好和其他的产品一样，需要技术，品质，管理等的一切配合，能做好其他就能做好电池，能做好电池你也能做好其他，包括汽车！国产VC如何叩开电解液厂的大门

VC因为其对电池的循环有很好的效果所以目前很多电解液厂都使用其做添加剂制作功能电解液。但是因为要求较高大部份厂家就选进口VC了，而其中日本产的VC因为质量较好所占的分额较大。其时国产VC只要做好以下几方面要叩开电解液厂的大门可以说是比较轻松的事。与进口VC相比国产货主要是质量较差：

1.纯度不够高，电池工业级要求纯度达到99。99%以上。2.水分太高，电解液要求VC含水量不超过10PPM，而很多国产VC达不到这一指标所以被拒之门外，这是一很重要的指标。3.稳定性不好，一般低温放置三个月就变色了而一般日产的VC可放六个月以上，一般一百公斤可用五个月左右，变色的VC无论如何电解液厂都是不敢用的。

以上三点是电解液厂考虑的重点，特别是第二和第三点是重中之重，因为纯度方面电解液厂因为受色谱柱使用范围的限制而无法分析，但是要想建立长久的合作VC厂商就必须达到这一指标，但在前期可以吹一下牛皮的了，毕竟这年头不吹牛连电解液都卖不掉，VC厂吹一下牛又有什么关系呢！对于第二点则需要VC厂商的努力了，笔者这里有相关的可行性方案，而对于第三点要控制变色方法还是很多的，而其对电解液的损失是头等因数，而其造成电解液的变色是无法挽回的，同时还要解决的问题是VC与电解液稳定剂的影响，笔者在使用过程中发现一个经常被电解液厂忽视的问题，这一点连日产VC都无法避免如果国产的可解决这一问题那么其效果则不用我多说了吧！

总之希望VC和电解液都做好，很好卖！联系电话：0*** 对于一台手机或一台电脑而言，电池的作用就如同一个人的心脏一样，而电解液就如同血液一样。大家对电池的要求越来越高相应的电池厂商对电解液的要求也越来越高，毕竟在一个固液反应体系而言，溶液的作用是关键。那么电解液对电池有什么影响呢？

首先，电解液对电池的比容量和循环寿命有决定作用。电解液质量的好坏直接影响电池的比容量和循环，好的电解液可以使电池的循环做到700以上，而差的电解液也许连300也做不到。好的电解液可以使容量达到理想的范围，而差的电解液会使很多工作功亏一溃。

其次，电解液会影响电池的内阻和自放电。影响电池的内阻包括以下几方面：隔膜的厚度和孔隙率；正负极的密实度；电解液中的机械杂质和沉积物。在此我仅对电解液的影响稍做讨论。电解液在生产过程中不可避免会使用分子筛，即使过滤也会留有分子筛的碎屑。机械杂质不仅会使离子迁移困难，还会堵塞隔膜的细孔对电极产生包复作用，这就造成了电池的内阻升高，同时包复作用还会使电极的比表面减少造成电极的利用率降低。再者分子筛中带入的钠离子会使电池的自放电增大，同时使电池的容量衰减。

再次，对电池安全性能的影响。电解液中的杂质会使电池发生气涨和鼓包，严重的会涨裂电池而漏液，更危险的会发生爆炸，具体的杂质下文会叙及。第四，对电池稳定性的影响。电解液的稳定性直接影响到电池的稳定。

第五，对电池耐候性的影响。因为地域的影响对电池的要求会有所不同普通的电解液在0度左右会凝固，所以在北方的冬天不适用。第六，对其他特殊性能的影响。如大电流放电和快速充电，聚合物锂电等都与电解液的生产制照和其质量密不可分。终上所述，电解液对电池的性能起决定性的作用，那么影响电解液的因数是什么呢

电解液的渗透与分布：

一、电极的比表面积加大（材料比表面积和导电剂的添加量及种类）；

二、正负极片不要压太实；

三、注液后的搁置时间和方式（离心，加温，延长时间等）；

四、化成制度，尽量延长时间；

五、化成后的搁置时间和方式；材料充分被浸透，电池性能才能稳定和正常发挥 SEI膜不重要？？？你不是做电池的吧？电解液和碳负极的相容性问题，不同的电解液有不同的负极去匹配。

一般来说，天然石墨包覆的负极，不可逆容量要大一点。mcmb要好一点，这是我实验的结果。还有一个，SEI膜的成膜电位是1.2～0.8V（vs Li/Li+），嵌锂电位是0.25～0v，这个电位中嵌入的锂才是可逆的。如果能让SEI膜在更高的电位下形成，它能阻止溶剂的进一步还原，减少不可逆容量，也就是在首次充电曲线中不可逆容量的极化比较大，容易下降到嵌锂平台，这样形成的可逆容量要高。SEI膜对电池的循环性能有至关重要的作用，没有良好的SEI膜，每次循环都有较大不可逆容量损失，这样的电池通常可以从电解液吸水，或电池内部存在结晶水时可以看出来。electrodes with high power and high capacity for rechargeable lithium batteries 本研究组已经实现磷酸铁锂的规模化生产,现处于保密阶段.粒度超前稳定在1-2微米，1C容量120mAh/g以上.估计今年底达到吨量级。预备自用若想生产出来批次稳定的产品取决于以下几点：

1、原材料的具有稳定的纯度，稳定的粒径，较少的s,Na等离子。纯度不高的材料会使LiFePO4的晶格结构。

2、稳定的混合工艺以保证多种原料达到分子级混合状态，稳定的烧结工艺以保证所得材料的一致性。

3、烧结后要采用先进的粉碎技术，以保证最终产品具有稳定的粒径和比表面积。锂离子电池阴极活性材料的表面改性方法

锂离子电池阴极活性材料的表面改性方法，先将可溶性的掺杂离子盐配制成水溶液，然后将有机溶剂与水溶液混合，再加入需要改性的阴极活性材料粉末搅拌均匀形成悬浮液，在悬浮液中加入尿素回流，并加热即可得到改性的阴极活性材料粉末。本发明利用尿素的水解促成沉淀剂的生成，使改性氧化物的前驱体离子发生沉淀反应，通过反应条件的调节，控制沉淀剂的释放速度，满足包覆前驱体在阴极活性材料表面非均匀成核的条件，让改性氧化物全部在阴极活性材料表面成核生长，产生均匀致密的包覆前驱体，再在一定温度下使沉淀分解为改性氧化物，最后在一定温度下处理包覆氧化物的阴极活性材料，在其表面形成高浓度的掺杂离子，能够显著改善阴极材料的循环性能。

1、锂离子电池阴极活性材料的表面改性方法，其特征在于： 1)首先将可溶性的掺杂离子盐MxAy配制成浓度为0.01-0.2mol/l的水溶液，其中M＝Mg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Al3+、Co3+、Cr3+、Fe3+或Ti4+；A＝NO-

锂离子电池的研究现状篇7

本文从限制高容量可充放电锂电池发展的电极材料角度, 首先简要概括了现阶段锂离子电池阴极材料和阳极材料的容量现状, 阴极材料容量低是限制高容量锂离子电池发展的关键问题, 概述了发展高容量阴极材料的两种途径。然后, 重点概括了硫 (S) 基高能阴极材料的研究进展, 进展集中在: (1) 为S引入导电和限域效应的碳纳米结构; (2) 界面保护层和化学键力作用来减少多硫化物的溶解; (3) 导电高分子和金属氧化物空腔结构来容纳S充放电体积变化; (4) 微孔碳孔道局域下的短链硫 (S2-4) 用来作为高容量和快速充放电的阴极材料等四个方面。

1 高能阴极材料的发展:从锂离子电池到锂-硫电池

锂离子电池的容量是由构成电池的阴极和阳极活性材料的容量决定的。然而, 相比于阳极活性材料的容量, 如商用石墨理论容量372mA h g-1 (测量容量~320mA h g-1[1]) , 硅理论容量4200mA h g-1 (测量容量3670mA h/g (silicon) at C/20[2], ~3000mA h/g (silicon) at C/5[3]) 和过渡金属氧化物理论容量700-1000 mA h g-1 (测量容量~600 mA h/g (Co3O4/TiO2composite) [4]) , 以脱嵌Li过渡金属层状LiMO2 (M=Co, Ni, Mn) 、锂过渡金属磷酸盐LiFePO4和富锂xLi2MO3· (1-x) LiM’O2 (M=Ti, Zr, Mn;M’=Co, Ni, Mn) 为阴极活性材料的容量较低 (如170mAh/g for LiFePO4[5], 215mA h g-1for Li (Ni0.75Co0.10Mn0.15) O2core-shell with Ni and Mn concentration gradient[6], 209mA h g-1for Li (Ni0.8-xCo0.1+y Mn0.1+z) O2concentration-gradient coreshell[7]) , 限制了锂离子电池的整体容量。因此, 发展高容量阴极活性材料是实现高容量锂离子电池的关键。

阴极活性材料的发展有两种途径:一种是修饰和改性脱嵌锂阴极材料发展高压 (4.4-4.6 V) 条件下能够稳定脱锂的富锂过渡金属材料, 另一种是发展基于新电化学过程的新型阴极材料。基于硫 (S) 和Li2S的阴极材料具有高的理论容量, 分别为1673mA h g-1[8]和1166mA h g-1[9], 成为发展高容量和高能锂离子电池阴极材料研究的重点。但是S和Li2S作为阴极活性材料面临着: (a) 导电和锂离子传导能力很差, (b) S在充放电过程中形成的可溶性的多硫化物能够溶解在电解液中而导致明显容量衰减和短的循环寿命, (c) 充放电过程中体积的变化。

2 硫 (S) 基高能阴极材料的研究进展

2.1 为S引入导电和限域效应的碳纳米结构

S填充的CMK-3介孔碳复合材料作为阴极活性材料, 在充放电中提高了容量。Nazar L F等[10]的研究结果表明, S填充的CMK-3复合材料在充放电中的容量为1005mA h g-1, 是S与C简单混合的容量的2.6倍 (390 mA h g-1) 。该结果表明CMK-3的介孔对充放电过程中可溶性多硫化物有保留和限域作用, 能够减少多硫化物在充放电中损失。除CMK-3外, 多孔中空碳球[11]和多孔碳纤维[12,13,14]中填充的S作为阴极活性材料在充放电中表现出高的容量 (>800mA h g-1) 。

石墨烯 (graphene) -S复合结构也被用来提高S阴极的容量。Yi Cui等[15]使用导电碳黑沉积的氧化石墨烯 (GO) 来包裹PEG表面修饰的S纳米颗粒。该包裹结构的S阴极的容量为600mA h g-1 (0.5C) , 100次循环稳定。Zhang Yuegang等[16]使用GO来表面负载S形成表面键合S的复合结构, 该GO-S表面键合复合结构作为阴极活性材料的容量为1237mA h g-1 (0.02C) , 735mA h g-1 (0.5C) 50次循环稳定。此外, 石墨烯包裹S的复合结构[17,18]作为阴极也证明具有高容量。该结果表明氧化石墨烯和石墨烯在包裹或表面键合S来构建高容量S阴极活性材料的潜力。

2.2 界面保护层和化学键力作用来减少多硫化物的溶解

微孔碳膜或导电高分子作为阴极保护层来减少多硫化物在电解液中溶解形成“shuttle effect”和不溶性硫化物在阳极的沉积导致的容量衰减和短的循环寿命。Su Y S等[19]利用微孔导电碳膜来捕捉S阴极在放电中溶解在电解液中的多硫化物, 结果表明在纯S构成的阴极和隔膜之间插入微孔导电膜后, 容量在首次放电是1, 367mAh g-1, 1C充放电速率下100次循环后的容量为1000mAh g-1。该研究结果充分证明了导电微孔设计在捕捉电解液中多硫化物对于S阴极容量、充放电速率和循环稳定性的重要性。

电子和锂离子导的导电高分子作为S阴极活性材料的保护层来阻碍多硫化物在电解液中的溶解。Yang Yuan等[20]利用PEDOT:PSS作为S/CMK-3的包裹层, 循环充放电结果表明, PEDOT:PSS作为电子和锂离子导包裹层能够降低循环过程中的容量衰减率、提高库仑效率和充放电速率。

利用C=N→Li+的化学键力作用铆钉Li2Sx来限域可溶性多硫化物的扩散。Yin Lichao等[21]利用原位聚合的方法在GO表面沉积聚丙烯腈 (PAN) 纳米颗粒, 通过水热还原后得到G/PAN纳米颗粒包裹结构, 其与S形成的活性材料表现出可逆高容量和快速充放电速率, 首次放电1800mAh g-1sulfur, 0.1C100次循环后1500 mAh g-1sulfur, 6C时稳定充放电容量~800mAh g-1sulfur。该结果说明了包裹和化学键力共同作用下, 构建稳定高容量、快速充放电S阴极是可行的。

2.3 导电高分子和金属氧化物空腔结构来容纳S充放电体积变化

空腔纳米结构的限域和容纳S充放电体积变化 (放电时70%体积增加) 别用来设计长寿命S阴极活性材料。Seh Z W等[22]利用TiO2多孔空腔设计了TiO2-S york-shell结构S阴极材料, 其中未填充的空间可以容纳S放电过程的体积膨胀。恒流充放电研究结果表明该结构S阴极的循环寿命达到1000次 (0.2C, 1215mAh g-1) 以上, 稳定容量610mAh g-1at 2C。Xiao Lifen等[23]利用自装的聚苯胺纳米管来限域S, 通过加热处理后形成了S-S铰链的稳定网络结构, 充放电性能表明循环寿命达到500次 (1C, 432mAh g-1) 。两个研究结果表明稳定的空腔结构可以用来设计长寿命的S阴极材料。

2.4 微孔碳孔道局域下的短链硫 (S2-4) 用来作为高容量和快速充放电的阴极材料

利用微孔碳的孔径 (约0.5nm) 与硫同素异形体 (S8, S5-8, S2-4) 的分子链长度的匹配性来容纳短链硫分子 (S2-4) 。GuoYuguo等[24]设计了核/多孔层碳复合结构作为S阴极的限域形式。利用碳纳米管 (MWCNTs) 作为电子传导通道, 通过水热后加热处理法在MWCNTs表面沉积微孔碳层 (CNTs@MPC) 来容纳S分子。通过加热S和CNTs@MPC的方法使S分子扩散到微孔碳层中。通过TEM结构表征、EDX的S元素分布和理论分析证明了在表面碳微孔通道中的S为短链形式的S2-4分子。恒流充放电研究结果表明该小分子S的电化学充放电行为与S8的不同, 小分子S只有一个平台 (放电1.85V/充电2.0V) 。这表明微孔尺寸的限域效应限制了在充电过程中S2-转化为长链大分子硫 (S5-8) , 而在放电过程中也没有了S8还原为可溶性小分子硫的过程。在碳酸盐电解质中, 该阴极的首次放电容量为1670 mAh g-1 (0.1C, 40wt%S) , 循环稳定性达到200次 (1140mAh g-1at 0.1C, 库仑效率100%) , 5C时稳定充放电容量为800 mAh g-1。该研究结果表明了微孔孔道结构限域和容纳小分子S的能力及导电通道的协同作用对设计高容量、高效率和循环寿命稳定的S阴极提供可行性。

3 结语

综上所述, 通过微孔导电膜、包裹或核-壳结构设计、化学键力作用等理性设计可以实现硫基阴极活性材料的高容量、长寿命和快速充放电的性能需求。本综述可以为从事该领域研究的人员提供提供较为全面的信息, 也希望该工作的分析概括能够给同行带来启发和借鉴。

摘要：高能、长循环寿命和高充放电速率的阴极材料是限制发展静态稳定电能存储和动力电源用先进锂电池的关键材料问题。基于脱嵌锂过程的层状锂过渡金属氧化物、过渡金属磷酸锂和富锂氧化物的阴极材料的容量发展遇到了瓶颈, 因此探索基于新电化学过程的新型高容量阴极材料的研究非常重要。基于硫 (S) 和Li2S的阴极材料具有高的理论容量 (1673mA h g-1和1166mA h g-1) , 成为发展高容量和高能锂离子电池阴极材料研究的重点。综述了解决硫阴极材料面临的电子和锂离子传导能力差、充放电过程中可溶性硫的溶解及体积变化等关键科学问题的新思路和新方法, 为发展新型硫阴极材料提供参考和启发。

对锂离子电池废液进行锂的回收篇8

关键词：锂离子电池；回收；沉淀法

一、问题的提出

近几年来，随着手机的普及，手机使用的锂离子电池数量急速增加，报废的锂离子电池也逐年大幅度增多。当这些数以吨计的锂离子电池报废后，如果处理不当会产生严重的安全隐患及环境污染，同时还会造成极大的资源浪费。西方发达国家对电池的使用和废旧电池的回收已经制定了严格的管理法规并开展了积极的研究工作，欧盟委员会通过了关于制定电池回收再利用的建议，根据规定，生产商应承担电池回收、处理和再利用的费用。在我国，尽管目前还没有相应的法律法规，随着社会和经济的发展以及人们对环保的日益重视，废旧锂离子电池的回收将变得十分重要和迫切 [1-3]。

二、主要研究的问题

如何从锂离子电池正极材料磷酸铁锂制备过程中的废液里回收金属锂？

三、实验用品

实验原料：锂离子电池正极材料磷酸铁锂废液（含0.72molLi+ 、 0.36molSO42- 、0.36molNH4+、部分焦糖热解后溶液）、饱和Na2CO3溶液

实验器材：天平、500 ml烧杯、玻璃棒、带搅拌恒温水浴锅、铁架台、漏斗、滤纸、鼓风干燥箱，PH计。

测试仪器：X射线衍射仪。

四、实验步骤

1、从锂离子电池公司取得200 ml水热法锂离子电池正极材料磷酸铁锂废液，测量PH值为8.45。

2、将200 ml废液装入500 ml烧杯中，放入带搅拌恒温水浴锅中（恒温60℃），直至废液蒸发、浓缩直至溶液约60ml左右，此时发现有黑色细小的沉淀。

3、过滤60ml废液。

4、向滤液中加入以配好的过量饱和Na2CO3溶液，片刻后发现有白色沉淀，溶液呈棕色。

5、待沉淀沉降后将上层棕色溶液倒掉，用温度高于90℃的蒸馏水洗涤白色沉淀数次，直至上层溶液为白色。