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锂离子电池介绍材化一班白煜尧?工作原理?主要结构?电池种类?主要优点?应用前景?未来研究方向目录工作原理锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。以碳素材料为负极, 含锂的化合物为正极。锂离子电池的充电放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。?正极:LiCoO 2→ Li 1-x CoO 2 +x Li + +xe - ?负极:6C+x Li + +xe -→ Li xC 6 ?总: 6C+LiCoO 2→ Li 1-x CoO 2 +Li xC 6 以 LiCoO 2为正极材料的锂离子电池充电?锂离子电池一般用钴酸锂做正极,碳做负极,中间填充电解液以形成离子游离的通道,用隔膜来分离正负极防止短路。当充电时由于电场作用锂离子从钴酸锂中游出,游离在电液中穿过隔膜中的孔隙,到达负极与碳反应生成碳化锂;放电过程与此相反,锂离子又回到正极,这就是锂离子电池的充放电过程。?区分:锂金属电池: ?锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。?放电反应: Li+MnO2=LiMnO2 一般不可充电,用非水电解质溶液,金属锂电池跟普通干电池的原理一样,它是用金属锂作为电极,通过金属锂的腐蚀或叫氧化来产生电能的,用完就废了,不能充电。主要结构正极材料:锂化合物 Li X CoO 2、 Li X NiO 2、 LiFePO 4或 Li X MnO 2 负极材料:锂-碳层间化合物 Li XC 6 电解质溶液:溶解有锂盐 LiPF 6 、 LiAsF 6等有机溶液 SEI 膜:只允许锂离子通过,其它溶剂分子不能通过正极材料的要求 1 . 具有较高的氧化还原电位,使电池输出电压高 2. 可利用活性物质高,容量高 3. 充放电过程中,结构稳定 4. 氧化还原电位变化小 5. 化学稳定性好,与电解质反应小 6. 较高的电子和离子导电率,大电流充放电性能好 7. 价格便宜,对环境无污染类别安全性能比容量 mAh/ g 循环寿命/次电压平台材料成本所占成本比重适合领域钴酸锂差 145 > 500 高 40% 中小型移动电池锰酸锂较好 105 > 500 低 25% 对体积不敏感的中型动力电池三元素较好 160 > 800 较高 33% 中小型动力电池磷酸铁锂很好 150 > 1500 低廉 25% 对体积不敏感的大型动力电源几种正极材料应用优劣势比较目前,磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池,已成为世界各国竞相研究和开发的重要方向。负极材料?大多数锂离子电池均采用碳材料作为负极。?除碳负极材料外,还有锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、是合金类负极材料、纳米级负极材料等。