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1、锂离子电池锂离子电池病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电池太阳能电池太阳能电池双层电气电容双层电气电容热电池热电池物理电池物理电池生物电池生物电池酶解电池酶解电池微生物电池微生物电池化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池镍铬电池镍铬电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池铅酸电池铅酸电池病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂一次电池锂一次电池(又称锂原电又称锂原电池池,PrimaryLB)锂电池锂电池(LithiumBa
2、ttery,简写成简写成LB)锂二次电池锂二次电池(又称锂可充又称锂可充电电池，电电池，RechargeableLB)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂一次电池发展史锂一次电池发展史当前当前70年代年代60年代的能源危机年代的能源危机20世纪世纪50年代年代多种材料应用于锂一次电池多种材料应用于锂一次电池锂一次电池商品化锂一次电池大发展开始锂一次电池的研究手表、计算器、植入式医疗设备手表、计算器、植入式医疗设备Li-MnO2、Li-CuO、Li-SOCl2、Li-SO2、Li-Ag2CrO4等等病原体侵入机体，消弱机
3、体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程在商业化锂一次电池的同时，人们发现许多层状无机硫族化合物可以同在商业化锂一次电池的同时，人们发现许多层状无机硫族化合物可以同碱金属发生可逆反应，这样的化合物统称为嵌入化合物。在嵌入化合物基碱金属发生可逆反应，这样的化合物统称为嵌入化合物。在嵌入化合物基础上，锂二次电池诞生了，其中最具有代表性的是础上，锂二次电池诞生了，其中最具有代表性的是1970年埃克森公司的年埃克森公司的M.S.Whittingham利用利用Li-TiS体系，制成首个锂电池。但由于其枝晶所产生体系，制成首个锂电池。但由于其枝晶所产生严重的
4、安全隐患而未能成功实现商品化。严重的安全隐患而未能成功实现商品化。循环循环100100次形成的锂枝晶图次形成的锂枝晶图锂二次电池的产生锂二次电池的产生1WhittinghamMSUSPatent400905219772WhittinghamMSScience，1975，192：1226病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程19411941年年 出出 生生，于于 牛牛 津津 大大 学学 BA(1964),MA(196
5、7),BA(1964),MA(1967),和和DrPhil(1968)DrPhil(1968)学学位位，目目前前就就职职于于宾汉姆姆顿大大学学。Dr.Dr.WhittinghamWhittingham是是发发明明嵌嵌入入式式锂锂离离子子电电池池重重要要人人物物，在在与与ExxonExxon公公司司合合作作制制成成首首个个锂锂电电池池之之后后，他他又又发发现现水水热热合合成成法法能能够够用用于于电电极极材材料料的的制制备备，这这种种方方法法目前被拥有磷酸铁锂专利的独家使用权的目前被拥有磷酸铁锂专利的独家使用权的PhostechPhostech公司所使用。公司所使用。由由于于他他所所作作出出的的卓
6、卓越越贡贡献献，他他于于19711971年年被被电电化化学学会会授授予予青青年年作作家家奖奖，于于20042004年被授予电池研究奖，并且被推举为会员。年被授予电池研究奖，并且被推举为会员。ManleyStanleyWhittingham病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂与过渡金属的锂与过渡金属的复合氧化物复合氧化物锂离子电池的产生锂离子电池的产生锂离子电池锂离子电池比能量比能量电压电压电压电压负极负极负极负极层状结构的石墨层状结构的石墨120-150Wh/kg是普通镍镉电池是普通镍镉电池的的2-3倍倍高达高达3.6
7、V正极正极20世纪世纪80年代末，日本年代末，日本Sony公司公司提出者病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池区别于锂电池锂离子电池区别于锂电池早期的锂电池早期的锂电池锂离子电池锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池发展而来。所以在是锂电池发展而来。所以在介绍之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的介绍之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，亚硫酰氯，负极是锂负极是锂。电池组装完
8、成后电池即有电压。电池组装完成后电池即有电压,不需不需充电。这种电池也可以充电充电。这种电池也可以充电,但循环性能不好，在充放电循但循环性能不好，在充放电循环过程中环过程中,容易形成锂结晶，造成电池内部短路容易形成锂结晶，造成电池内部短路,所以一般所以一般情况下这种电池是禁止充电的。情况下这种电池是禁止充电的。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池：炭材料锂电池锂离子电池：炭材料锂电池后来，日本索尼公司发明了以后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极炭材料为负极，以含锂的化合物作正，以含锂的化合物作正极的锂电池，在
9、充放电过程中，极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子没有金属锂存在，只有锂离子，这就，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），
10、嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。极的锂离子越多，放电容量越高。目前所说的锂离子电池通常为目前所说的锂离子电池通常为锂二次电池锂二次电池。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程摇椅式电池摇椅式电池1MichelArmand,PhilippeTouzain.Graphiteintercalationcompoundsascathodematerials.MaterialsScienceandEngineering.Volum
11、e31,1977,319-3292ArmandMBPhDthesis，Grenoble，19783ArmandMBMaterialsforAdvancedBatteryNewYork：Plenum，1980145 2020世纪世纪8080年代初，年代初，M.B.ArmondM.B.Armond首次提出用嵌锂化合物代替二次锂电池中金首次提出用嵌锂化合物代替二次锂电池中金属锂负极的构想。在新的系统中，正极和负极材料均采用锂离子嵌入属锂负极的构想。在新的系统中，正极和负极材料均采用锂离子嵌入/脱嵌材脱嵌材料。料。当对电池进行充电时，正极的含锂化合物有锂离子脱出，锂离子经过电解当对电池进行充电时，正极
12、的含锂化合物有锂离子脱出，锂离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。当对电池进行放电嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。容量。
13、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极正极负极负极正极的运动状态。这就像一把摇椅，正极的运动状态。这就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就在摇椅两端摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就在摇椅两端来回运动。人们把这种电化学储能体系形象地称为来回运动。人们把这种电化学储能体系形象地称为“摇椅式电池摇椅式电池”（Rocking-chair CellRocking-chair Cell）。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的
14、相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 Armand Armand教授是锂离子电池的奠基人之教授是锂离子电池的奠基人之一，是国际学术和产业界公认的、在电池领一，是国际学术和产业界公认的、在电池领域具有原始创新成果的电池专家。域具有原始创新成果的电池专家。ArmandArmand教教授主要原创性学术贡献有：授主要原创性学术贡献有：1.19771.1977年，首次发现并提出石墨嵌锂化合物年，首次发现并提出石墨嵌锂化合物作为二次电池的电极材料。在此基础上，于作为二次电池的电极材料。在此基础上，于19801980年首次提出年首次提出“摇椅式电池摇椅式电池”（Rocking Roc
15、king Chair BatteriesChair Batteries）概念，成功解决了锂负概念，成功解决了锂负极材料的安全性问题。极材料的安全性问题。2.19782.1978年，首次提出了高分子固体电解质应年，首次提出了高分子固体电解质应用于锂电池。用于锂电池。3.19963.1996年，提出离子液体电解质材料应用于年，提出离子液体电解质材料应用于染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池。4.4.提出了碳包覆解决磷酸铁锂（提出了碳包覆解决磷酸铁锂（LiFePOLiFePO4 4）正）正极材料的导电性问题，为动力电池及电动汽极材料的导电性问题，为动力电池及电动汽车的产业化奠定了基础。车的产业化奠
16、定了基础。M.Armand病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池的商品化锂离子电池的商品化1990年日本年日本SONY公司正式推出公司正式推出LiCoO2/石墨石墨这种锂离子电这种锂离子电池，池，该电池成功的利用能可逆脱嵌锂的碳材料替代金属锂作该电池成功的利用能可逆脱嵌锂的碳材料替代金属锂作为负极，克服了锂二次电池循环寿命低、安全性差的缺点，为负极，克服了锂二次电池循环寿命低、安全性差的缺点，锂离子电池得以商品化锂离子电池得以商品化。标志着电池工业的一次革命。标志着电池工业的一次革命。1Nagaura,T.&To
17、zawa,K.Lithiumionrechargeablebattery.Prog.BatteriesSolarCells9,209(1990)2专利号:JP4147573-A;JP3028582-B2;US5370710-A发明人:KATOH,NAGAURAT专利权人和代码:SONYCORP(SONY-C)3专利号:EP486950-A;EP486950-A1;CA2055305-A;JP4184872-A;JP4280082-A;US5292601-A;EP486950-B1;DE69103384-E;JP3079613-B2;JP3089662-B2;JP2000268864-A;CA2
18、055305-C;JP3356157-B2发明人:SUGENON,ANZAIM,NAGAURAT专利权人和代码:SONYCORP(SONY-C)4专利号:JP5036413-A;JP3282189-B2;US5273842-A发明人:NAGAURAT,YAMAHIRAT专利权人和代码:SONYCORP(SONY-C)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池特点锂离子电池特点与镍镉（与镍镉（Ni/Cd）、镍氢（）、镍氢（Ni/MH）电池相比，锂离子电池的主要特点如下：）电池相比，锂离子电池的主要特点如下：病原体侵入机
19、体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池锂离子电池优点优点无环境污染，绿色电池无环境污染，绿色电池输出电压高输出电压高能量密度高能量密度高安全，循环性好安全，循环性好自放电率小自放电率小快速充放电快速充放电充电效率高充电效率高病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池工作原理图schematic repre
20、sentation and operation principle of rechargeable lithium ion battery病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段（指锂离子电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段（指示灯呈红色）和恒压电流递减阶段（指示灯呈黄色）。示灯呈红色）和恒压电流递减阶段（指示灯呈黄色）。锂离子电池原理探讨锂离子电池原理探讨锂离子电池过度充放电会对正负锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳
21、片层结构出现塌陷，而致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而造成其中子嵌入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。部分锂离子再也无法释放出来。锂离子电池保持性能最佳的充放电方式为浅充浅放。锂离子电池保持性能最佳的充放电方式为浅充浅放。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电池内阻电池内阻电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所
22、受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。响。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。锂离子电池性能参数指标电池的容量电池的容量电池的容量有额定容量和实际容量电池的容量有额定容量和实际容量之分。锂离子电池规定在常温、恒流之分。锂离子电池规定在常温、恒流(1C)(1C)、恒压、恒压(4.2V)(4.2V)控制的充电条
23、件下，控制的充电条件下，充电充电3h3h、再以、再以0.2C0.2C放电至放电至2.75V2.75V时，所时，所放出的电量为其额定容量。放出的电量为其额定容量。电池的实电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所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，电池容量应指度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。明充放电条件）。容量单位：容量单位：mAhmAh、Ah(1Ah=1000)Ah(1Ah=1000)。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生
24、理过程工作电压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流过时电池正负又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服极之间的电势差。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压，充电时则与之相反。电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电工作电压在锂离子电池的放电工作电压在3.6V3.6V左右。左右。开路电压和工作电压开路电压和工作电压 开路电压开路电压是指电池在是指电池在非工作状态下即电路中无电流非工作
25、状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，锂离子电势差。一般情况下，锂离子电池充满电后开路电压为池充满电后开路电压为4.14.14.2V4.2V左右，放电后开路电压为左右，放电后开路电压为3.0V3.0V左右。通过对电池的开路左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电池的电压的检测，可以判断电池的荷电状态。荷电状态。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程放电平台时间放电平台时间 放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放
26、电时间。例对某三元电池测量其电时间。例对某三元电池测量其3.6V3.6V的放电平台时间，以恒的放电平台时间，以恒压充到电压为压充到电压为4.2V4.2V，并且充电电流小于，并且充电电流小于0.02C0.02C时停止充电即充时停止充电即充满电后，然后搁置满电后，然后搁置1010分钟，在任何倍率的放电电流下放电至分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V3.6V时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要求，如果低于要求值，则会出现无法工作的情况。所以放电求，如果低于
27、要求值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程充放电倍率充放电倍率 充放电倍率是指电池在规定的充放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，电流值，1C1C在数值上等于电池额定在数值上等于电池额定容量，通常以字母容量，通常以字母C C表示。如电池表示。如电池的标称额定容量为的标称额定容量为10Ah10Ah，则，则10A10A为为1C1C（1 1倍率），倍率），5A5A则
28、为则为0.5C0.5C，100A100A为为10C10C，以此类推。，以此类推。自放电率自放电率 自放电率又称荷电保持能力，自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池存条件等因素的影响。是衡量电池性能的重要参数。性能的重要参数。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程充电效率和放电效率充电效率和放电效率 充电效率是指电池在充电过程
29、中所消耗的电能转化成电池所能储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存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存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。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电池的额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，内阻等电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，内阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越因素影响，一般情况下，放
30、电倍率越高，则放电效率越低。温度越低，放电效率越低。低，放电效率越低。循环寿命循环寿命 电池循环寿命是指电池容量下降电池循环寿命是指电池容量下降到某一规定的值时，电池在某一充放电到某一规定的值时，电池在某一充放电制度下所经历的充放电次数。锂离子电制度下所经历的充放电次数。锂离子电池池GBGB规定，规定，1C1C条件下电池循环条件下电池循环500500次后容次后容量保持率在量保持率在60%60%以上。以上。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池类型锂离子电池类型1圆柱型锂离圆柱型锂离子电池子电池(Cylindric
31、alLi-ionBattery)3纽扣锂离子纽扣锂离子电池电池(CoinLi-ionBattery)4薄膜锂离子薄膜锂离子电池电池(ThinFilmLi-ionBattery)2方型锂离子电方型锂离子电池池(PrismaticLi-ionBattery)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程圆柱型的外观与内部结构如图所示，通常正负极与隔膜被绕卷到负极柱上，再装入圆柱型钢壳，然后注入电解液，封口，最后产品得以成型。下图中还包括正温度系数端子（PTC）和安全阀（Safety Vent）等安全部件。圆柱型锂离子电池圆柱型锂离子电
32、池(Cylindrical Li-ion Battery)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程方型锂离子电池外观与内部结构如图所示，其主要部件与圆柱型锂离子电池方型锂离子电池外观与内部结构如图所示，其主要部件与圆柱型锂离子电池类似，主要也是由正负极和电解质，以及外壳等部件组成。通常电解质为液类似，主要也是由正负极和电解质，以及外壳等部件组成。通常电解质为液态时，使用钢壳；若使用聚合物电解质，则可以使用铝塑包装材料。态时，使用钢壳；若使用聚合物电解质，则可以使用铝塑包装材料。方型锂离子电池（方型锂离子电池（Prismati
33、cLi-ionBattery）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程除圆柱型锂离子电池和方型锂离子电池外，还有纽扣锂离子电池（纽扣锂离子电池（CoinCoinLi-ion BatteryLi-ion Battery），），这种电池结构简单，通常用于科研测试。纽扣锂离子电池（纽扣锂离子电池（CoinLi-ionBattery）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程薄膜锂离子电池薄膜锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域,其厚度可达毫米甚至微米级，常用于银行
34、防盗跟踪系统、电子防盗保护、微型气体传感器、微型库仑计等微型电子设备薄膜锂离子电池（薄膜锂离子电池（ThinFilmLi-ionBattery）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池锂离子电池 的主要组成部分的主要组成部分正极材料正极材料负极材料负极材料隔膜隔膜电解液电解液外壳外壳病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程锂离子电池主要组分常见材料锂离子电池主要组分常见材料病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位
35、生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程能量越高，电动车能量越高，电动车续航里程越远续航里程越远功率越高，电动车功率越高，电动车加速、爬坡性能越加速、爬坡性能越好好电动车的安全性的电动车的安全性的决定因素决定因素循环性越好，电动循环性越好，电动车寿命越长车寿命越长比能量高比能量高比功率大比功率大自放电少自放电少价格低廉价格低廉使用寿命长使用寿命长安全性好安全性好锂离子电池正极材料的要求锂离子电池正极材料的要求病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程正极材料理论电容量计算正极材料理论电容量计算1mol正极材料正极材料Li离子完全脱
36、嵌时转移的电量为离子完全脱嵌时转移的电量为96500C（96500C/mol是法拉第常数）是法拉第常数）由单位知由单位知mAh/g指每克电极材料理论上放出的电量：指每克电极材料理论上放出的电量：1mAh1（103）安培）安培360秒秒3.6C以磷酸锂铁电池以磷酸锂铁电池LiFePO4为例：为例：LiFePO4的分子量是的分子量是157.756g/mol,所以他的理论电容量是所以他的理论电容量是96500/157.756/3.6=170mAh/g病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程常见正极材料及其性能比较常见正极材料及其性
37、能比较病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程LiCoO2LiMn2O4安全性差，价格昂贵合成比较困难衰减比较严重LiNiO2病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程未来锂离子电池正极材料的发展方向在动力电池领域，锰酸锂和磷酸铁锂是最有前途的正极材料。二者相对在动力电池领域，锰酸锂和磷酸铁锂是最有前途的正极材料。二者相对钴酸锂具有更强的价格优势，具有优秀的热稳定性和安全性。钴酸锂具有更强的价格优势，具有优秀的热稳定性和安全性。在通讯电池领域，三元素复合材料
38、和镍酸锂是最有可能成为替代钴酸锂在通讯电池领域，三元素复合材料和镍酸锂是最有可能成为替代钴酸锂的正极材料。三元素相对钴酸锂具有比价优势和更高的安全性，而镍酸的正极材料。三元素相对钴酸锂具有比价优势和更高的安全性，而镍酸锂容量更高。锂容量更高。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1997年年Padhi和和Goodenough发发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂酸铁锂(LiFePO4)，比传统的正极，比传统的正极材料更具安全性，尤其耐高温，耐材料更具安全性，尤其耐高温，耐过充电性能远超过传统
39、锂离子电池过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。流放电的动力锂电池的正极材料。A.K.Padhi,K.S.Nanjundaswamy,andJ.B.GoodenoughPhospho-olivinesasPositive-ElectrodeMaterialsforRechargeableLithiumBatteriesJ.Electrochem.Soc.,Vol.144,No.4,April1997LiFePO4的出现的出现AkshayaPadhi病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在
40、一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程JohnB.Goodenough 1922 1922年生于德国。二战之前就读于美国名校年生于德国。二战之前就读于美国名校YaleYale大学，不过读的是文学和数学，化学只是他大大学，不过读的是文学和数学，化学只是他大一的时候学的一门选修课，他当时的目的是为了拿一的时候学的一门选修课，他当时的目的是为了拿到一个文学学位在他老人家读诗词的时候，突然对到一个文学学位在他老人家读诗词的时候，突然对圣经和宗教产生了浓厚的兴趣，就开始学习哲学，圣经和宗教产生了浓厚的兴趣，就开始学习哲学，被科学哲学深深吸引，并读了一本影响他一生的书：被科学哲学深深吸引，并读了一本
41、影响他一生的书：WhiteheadWhitehead的的 Science and the Modern WorldScience and the Modern World，于，于是他就决定在战后有机会要读物理的研究生。并于是他就决定在战后有机会要读物理的研究生。并于二战后在芝加哥大学读物理硕士。博士期间攻读的二战后在芝加哥大学读物理硕士。博士期间攻读的固体物理，毕业之后到了固体物理，毕业之后到了MITMIT的美国空军林肯实验的美国空军林肯实验室开始了固态化学的学习和研究。室开始了固态化学的学习和研究。上世纪上世纪7070年代，出于为不发达国家提供能源的美好心愿，开始转向能源方面年代，出于为不发
42、达国家提供能源的美好心愿，开始转向能源方面的研究。后来接收接受牛津大学的邀请开始在牛津从事氧化物表面光电解水和；的研究。后来接收接受牛津大学的邀请开始在牛津从事氧化物表面光电解水和；锂离子电池嵌入锂离子电池嵌入-脱出材料以及甲醇燃料电池的研究。研究中发现了嵌脱出材料以及甲醇燃料电池的研究。研究中发现了嵌LiLi过程中过程中尖晶石结构和尖晶石结构和rock-saltrock-salt结构之间的相互转化，同时结合具有稳定的骨架结构的结构之间的相互转化，同时结合具有稳定的骨架结构的聚阴离子型的材料，如硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐等，他与学生聚阴离子型的材料，如硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钼酸盐
43、、钨酸盐等，他与学生Akshaya PadhiAkshaya Padhi做出了做出了LiFePOLiFePO4 4正极材料。正极材料。目前已目前已8989岁高龄的岁高龄的GoodenoughGoodenough教授仍然在德州大学奥斯汀分校继续从事科学教授仍然在德州大学奥斯汀分校继续从事科学研究工作，最近还因开发出了锂离子电池阴极组分而获得研究工作，最近还因开发出了锂离子电池阴极组分而获得20102010年的费米奖。他的年的费米奖。他的经典语录是：经典语录是：I am an old tiger enjoying working hereI am an old tiger enjoying wor
44、king here。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程LiFePO4 LiFePO4在自然界中是以磷酸锂铁矿的形式存在的，具有正交的橄榄石结构在自然界中是以磷酸锂铁矿的形式存在的，具有正交的橄榄石结构（空间群为（空间群为Pnma），如图所示。在），如图所示。在LiFePO4中，氧原子以稍微扭曲的六方紧密堆中，氧原子以稍微扭曲的六方紧密堆积方式排列。积方式排列。Fe与与Li分别位于氧原子八面体中心位置，形成了分别位于氧原子八面体中心位置，形成了FeO6和和LiO6八面体。八面体。P占据了氧原子四面体占据了氧原子四面体4c
45、位置，形成了位置，形成了PO4四面体。在四面体。在bc面上，相邻的面上，相邻的FeO6八面八面体共用一个氧原子，从而互相连接形成体共用一个氧原子，从而互相连接形成Z字形的字形的FeO6层。在层。在FeO6层之间，相邻的层之间，相邻的LiO6八面体通过八面体通过b方向上的两个氧原子连接，形成了与方向上的两个氧原子连接，形成了与c轴平行的轴平行的Li+的连续直线的连续直线链，这使得链，这使得Li+可能形成二维扩散运动。可能形成二维扩散运动。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程从结构上看，从结构上看，PO4四面体位于四面体位于
46、FeO6层之间，这在一定程度上阻碍了层之间，这在一定程度上阻碍了Li+的扩的扩散运动。此外，相邻的散运动。此外，相邻的FeO6八面体通过共顶点连接，与层状结构（八面体通过共顶点连接，与层状结构（LiMO2，M=Co，Ni）和尖晶石结构（）和尖晶石结构（LiM2O4，M=Mn）中存在共棱的）中存在共棱的MO6八面体连续八面体连续结构不同，共顶点的八面体具有相对较低的电子传导率。因此，结构不同，共顶点的八面体具有相对较低的电子传导率。因此，LiFePO4的结的结构内在地决定了其只适合于小电流密度下充放电。构内在地决定了其只适合于小电流密度下充放电。LiFePO4的脱锂产物为的脱锂产物为FePO4，
47、实际的充放电过程是处于，实际的充放电过程是处于FePO4/LiFePO4两相共存状态的。两相共存状态的。FePO4与与LiFePO4的结构极为相似，体积也较接近，相差的结构极为相似，体积也较接近，相差6.81%。由于充放电过程中结构与体积。由于充放电过程中结构与体积变化很小，因此变化很小，因此LiFePO4具有良好的循环性能。具有良好的循环性能。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程充电时，锂离子从充电时，锂离子从FeO6层面间迁移出来，经过电解液进入层面间迁移出来，经过电解液进入负极，发生负极，发生Fe2+Fe3+的氧化
48、反应，为保持电荷平衡，电子从的氧化反应，为保持电荷平衡，电子从外电路到达负极。放电时则发生还原反应，与上述过程相反。外电路到达负极。放电时则发生还原反应，与上述过程相反。即：即：充电时：充电时：LiFePO4xLi+xexFePO4+(1x)LiFePO4放电时：放电时：FePO4+xLi+xexLiFePO4+(1x)FePO4病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程磷酸铁锂合成方法磷酸铁锂合成方法LiFePO4固相合成法固相合成法水热水热/溶剂法溶剂法 溶胶溶胶-凝胶合成法凝胶合成法微波合成微波合成共沉淀法共沉淀法其他方
49、法其他方法 自自2020世纪世纪9090年代末期以来年代末期以来 ,橄榄石型磷酸铁锂橄榄石型磷酸铁锂 (LiFePO4)(LiFePO4)正极材料的研正极材料的研究引起起广大研究者的关注。有望成为新一代首选的可替代究引起起广大研究者的关注。有望成为新一代首选的可替代 LiCoO2LiCoO2的锂离子的锂离子电池正极材料电池正极材料,特别是作为动力锂离子电池正极材料。特别是作为动力锂离子电池正极材料。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程固相合成法固相合成法固相合成法是最早用于磷酸铁固相合成法是最早用于磷酸铁锂合成的方法锂合
50、成的方法1-3，通常采用，通常采用碳酸锂、氢氧化锂为锂源，醋碳酸锂、氢氧化锂为锂源，醋酸亚铁、草酸亚铁等有机铁盐酸亚铁、草酸亚铁等有机铁盐以及磷酸二氢铵等的均匀混合以及磷酸二氢铵等的均匀混合物为起始物，经预烧和研磨后物为起始物，经预烧和研磨后高温合成。高温合成。1PadhiAK,NanjundaswamyKS,GoodenoughJB,Phospho-olivinesaspositive-electrodematerialsforrechargeablelithiumbatteries.J.Electrochem.Soc,1997,144(4):118811942PadhiAK,Nanjund