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1、LOGO高能二次电池的物理化学问题高能二次电池的物理化学问题目目录录1锂离子电池的结构及原理锂离子电池的结构及原理2锂离子电池的物理化学问题锂离子电池的物理化学问题3锂离子电池的应用及发展锂离子电池的应用及发展4基本概念基本概念 1.1 一次电池与二次电池一次电池与二次电池（1）一次电池）一次电池:电池内的活性物质因放电而消耗，用电池内的活性物质因放电而消耗，用完就扔的、不能再进行充电的电池称为一次电池，比完就扔的、不能再进行充电的电池称为一次电池，比如锰干电池。经济好用，但奢侈材料，丢弃物还简洁如锰干电池。经济好用，但奢侈材料，丢弃物还简洁污染环境。污染环境。（2）二次电池：可以反复进行放电
2、、充电的电池叫做）二次电池：可以反复进行放电、充电的电池叫做二次电池，也叫蓄电池，比如铅蓄电池。二次电池，也叫蓄电池，比如铅蓄电池。可以用到不能再充电复原为止。放电时负极上发生氧可以用到不能再充电复原为止。放电时负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。化反应，正极上发生还原反应。充电时，负极上发生充电时，负极上发生还原反应，正极上发生氧化反应。还原反应，正极上发生氧化反应。1.2电池的分类电池的分类电电池池能否重复运用能否重复运用一次电池一次电池二次电池二次电池电电解解液液的的状状态态湿电池湿电池干电池干电池1.2电池的分类电池的分类电电池池能否重复运用能否重复运用一次电池一次电池二次电池二次
3、电池电电解解液液的的状状态态湿电池湿电池干电池干电池通过向电解液中添通过向电解液中添加加明胶或淀粉明胶或淀粉等物等物质使其糊状化的电质使其糊状化的电池池1.2电池的分类电池的分类电电池池能否重复运用能否重复运用一次电池一次电池二次电池二次电池电电解解液液的的状状态态湿电池湿电池干电池干电池电解液处电解液处于流淌状于流淌状态的电池态的电池1.2电池的分类电池的分类电电池池能否重复运用能否重复运用一次电池一次电池二次电池二次电池电电解解液液的的状状态态湿电池湿电池干电池干电池形态形态圆柱形电池圆柱形电池纽扣电池纽扣电池扁平形电池扁平形电池1.2电池的分类电池的分类1.3二次电池的分类二次电池的分类
4、二二次次电电池池镍镍-氢二次电池氢二次电池 锂离子二次电池锂离子二次电池镍镍-镉二次电池镉二次电池 铅铅蓄蓄电电池池1902年年Jngner独创的。独创的。1.3二次电池的分类二次电池的分类二二次次电电池池镍镍-氢二次电池氢二次电池 锂离子二次电池锂离子二次电池镍镍-镉二次电池镉二次电池 铅铅蓄蓄电电池池二十世纪八十年头二十世纪八十年头末出现的新型二次末出现的新型二次电池电池1.3二次电池的分类二次电池的分类二二次次电电池池镍镍-氢二次电池氢二次电池 锂离子二次电池锂离子二次电池镍镍-镉二次电池镉二次电池 铅铅蓄蓄电电池池1894年开发以来作年开发以来作为二次电池的代表为二次电池的代表始终在广
5、泛运用之始终在广泛运用之中中电池的种类电池的种类负极活性物负极活性物质质电解质电解质正极活性物正极活性物质质标准电标准电压压/V铅蓄电池铅蓄电池Pb/PbSO4H2SO4水溶水溶液液PbO2/PbSO42.0镍镍-镉二次镉二次电池电池Cd/Cd(OH)2KOH(LiOH)水溶液水溶液NiOOH/Ni(OH)21.2镍镍-氢二次氢二次电池电池LaNi5H6/LaNi5KOH(LiOH)水溶液水溶液NiOOH/Ni(OH)21.2锂离子二次锂离子二次电池电池C6Li/C6LiPF6(EC+DEC)Li0.4CoO2/LiCoO23.81.4几种电池的比较电池种类电池种类 镍镉电池镍镉电池镍氢电池镍
6、氢电池 铅酸电池铅酸电池 锂离子电池锂离子电池能量密度能量密度40-6060-8030100循环周期循环周期1500500200-300500-1000高速充电耗时高速充电耗时1-1.5 h2-4 h8-16 h3-4 h过量充电容忍度过量充电容忍度适中适中低低高高非常低非常低每月自身电力散每月自身电力散逸度逸度20%30%5%10%使用温度范围使用温度范围()-40至至60-20至至60-20至至60-20至至60 保养耗时保养耗时30-60天天60天天3-6个月个月不需要不需要 市场推出时间市场推出时间19501990197019911.4几种电池的比较音频和视频等装备的便携化小型化二十世
7、纪八十年头中期起先二十世纪八十年头中期起先促促进进作为电源的电池从干电池向可充电电池的过渡促促进进镍-镉二次电池的大容量化二十世纪九十年二十世纪九十年头达到了其技术头达到了其技术的极限，其放电的极限，其放电容量不行能再有容量不行能再有大的提高大的提高1.5锂离子电池锂离子电池-发展历程发展历程音频和视频音频和视频等装备的便等装备的便携化小型化携化小型化二十世纪八十年头中期起先二十世纪八十年头中期起先促促进进作为电源的电池作为电源的电池从干电池向可充从干电池向可充电电池的过渡电电池的过渡促促进进镍镍-镉二次电池镉二次电池的大容量化的大容量化开发出镍开发出镍-氢二氢二次电池和锂离次电池和锂离子二次
8、电池子二次电池二十世纪九十年头前后二十世纪九十年头前后1.5锂离子电池锂离子电池-发展历程发展历程1.6锂离子电池锂离子电池-分类分类锂离子电池锂离子电池液态锂离子电池液态锂离子电池（LIB）聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池（PLIB）能量密度高能量密度高循环特性好循环特性好自放电小自放电小输出电压高输出电压高记忆效应小记忆效应小锂离子电池优势锂离子电池优势锂离子电池的优势锂离子电池的优势无污染无污染质量轻质量轻体积小体积小能量密度高能量密度高循环特性好循环特性好自放电小自放电小输出电压高输出电压高记忆效应小记忆效应小锂离子电池优势锂离子电池优势锂离子二次电池的优势锂离子二次电池的优势300-
9、350Wh/dm3,125-145Wh/kg,且且还在接着提高。还在接着提高。无污染无污染能量密度高能量密度高循环特性好循环特性好自放电小自放电小输出电压高输出电压高记忆效应小记忆效应小锂离子电池优势锂离子电池优势锂离子电池的优势锂离子电池的优势初始开路电压为初始开路电压为，平均，平均工作电压为工作电压为3.6-3.7V。无污染无污染能量密度高能量密度高循环特性好循环特性好自放电小自放电小输出电压高输出电压高记忆效应小记忆效应小锂离子电池优势锂离子电池优势 锂离子电池的优势锂离子电池的优势自放电率在常温自放电率在常温下每月下每月10是镍镉是镍镉电池、镍氢可充电电池、镍氢可充电电池的一半一下。电
10、池的一半一下。无污染无污染能量密度高能量密度高循环特性好循环特性好自放电小自放电小输出电压高输出电压高记忆效应小记忆效应小锂离子电池优势锂离子电池优势 锂离子电池的优势锂离子电池的优势可以循环运用的次数多可以循环运用的次数多,用硬碳材料做负极材料用硬碳材料做负极材料的电池已达到了的电池已达到了1200次次.无污染无污染能量密度高能量密度高循环特性好循环特性好自放电小自放电小输出电压高输出电压高记忆效应小记忆效应小锂离子电池优势锂离子电池优势 锂离子电池的优势锂离子电池的优势在满充电或近乎在满充电或近乎满充电状态长时满充电状态长时间保存后电池的间保存后电池的可放电时间缩短可放电时间缩短的现象的现
11、象无污染无污染锂离子电池的平安要求锂离子电池的平安要求（1）短路：不起火，不爆炸）短路：不起火，不爆炸（2）过充电：不起火，不爆炸）过充电：不起火，不爆炸（3）热箱试验：不起火，不爆炸（）热箱试验：不起火，不爆炸（150恒温恒温10min）（4）针剌：不爆炸（用）针剌：不爆炸（用3mm钉穿透电池）钉穿透电池）（5）平板冲击：不起火，不爆炸（）平板冲击：不起火，不爆炸（10kg重物自重物自1M高处砸向电池）高处砸向电池）（6）焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池）焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池）锂离子电池平安设计锂离子电池平安设计安安全全设设计计隔膜隔膜135自动关断爱护自动关断爱护向电液中加入添加剂
12、向电液中加入添加剂电池盖复合结构电池盖复合结构各种环境滥用试验各种环境滥用试验锂离子电池平安设计锂离子电池平安设计安安全全设设计计隔膜隔膜135自动关断爱护自动关断爱护向电液中加入添加剂向电液中加入添加剂电池盖复合结构电池盖复合结构各种环境滥用试验各种环境滥用试验接受国际先进的接受国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合三层复合膜膜 锂离子电池平安设计锂离子电池平安设计安安全全设设计计隔膜隔膜135自动关断爱护自动关断爱护向电液中加入添加剂向电液中加入添加剂电池盖复合结构电池盖复合结构各种环境滥用试验各种环境滥用试验电池过充，添加电池过充，添加剂与电液中其他剂与电液中其他物质聚
13、合，电池物质聚合，电池内阻大副增加内阻大副增加锂离子电池平安设计锂离子电池平安设计安安全全设设计计隔膜隔膜135自动关断爱护自动关断爱护向电液中加入添加剂向电液中加入添加剂电池盖复合结构电池盖复合结构各种环境滥用试验各种环境滥用试验电池盖接受电池盖接受刻痕防爆结刻痕防爆结构构锂离子电池平安设计锂离子电池平安设计安安全全设设计计隔膜隔膜135自动关断爱护自动关断爱护向电液中加入添加剂向电液中加入添加剂电池盖复合结构电池盖复合结构各种环境滥用试验各种环境滥用试验外部短路、过外部短路、过充、针刺、平充、针刺、平板冲击、焚烧板冲击、焚烧2.1锂离子二次电池的组成锂离子二次电池的组成2.2锂离子电池充放
14、电原理锂离子电池充放电原理 充充电电时时,锂锂离离子子从从正正极极材材料料中中脱脱出出,在在电电化化学学势势梯梯度度的的驱驱使使下下经经由由电电解解液液向向负负极极迁迁移移,同同时时电电子子在在外外电电路路从从正正极极流流向向负负极极,到到达达负负极极后后得得到到电电子子的的锂锂离离子子接接着着向负极晶格中嵌入向负极晶格中嵌入.放电过程则与之相反放电过程则与之相反.以以LiCoO2为为正正极极材材料料,石石墨墨为为负负极极材材料料的的锂锂离离子子电电池池,充充放放电电反反应应式式为为LiCoO2+6C Li1-xCoO2+LixC6 电池的充放电过程中发生的电化学反应事实上是一种插层反应电池的
15、充放电过程中发生的电化学反应事实上是一种插层反应.插层反应：插层反应：锂离子在晶体内的层间、间隙或隧道中扩散时，锂离子在晶体内的层间、间隙或隧道中扩散时，并不产生键的断裂和电极材料结构的重建。扩散所须要的并不产生键的断裂和电极材料结构的重建。扩散所须要的能量很小，故锂离子在两个电极中的插层反应很简洁进行能量很小，故锂离子在两个电极中的插层反应很简洁进行.充电时充电时,Li+,Li+从正极逸出从正极逸出,嵌入负极嵌入负极;放电时放电时Li+Li+则从负极脱则从负极脱出出,嵌入正极。这种充放电过程嵌入正极。这种充放电过程,恰似一把摇椅。因此恰似一把摇椅。因此,这种电池又称为摇椅电池这种电池又称为摇
16、椅电池(Rocking Chair Batteries).(Rocking Chair Batteries).2.3 正极材料的要求正极材料的要求 正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库。为了获得较高的单体电池电压正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库。为了获得较高的单体电池电压,应选择高电势的嵌锂化合物。一般而言应选择高电势的嵌锂化合物。一般而言,正极材料应满足正极材料应满足:（1）相对锂的电极电位高，材料组成不随电位变更，粒子导电率和电子导电率高相对锂的电极电位高，材料组成不随电位变更，粒子导电率和电子导电率高 （2）锂离子嵌入脱嵌可逆性好，伴随反应的体积变更小，锂离子扩散速度快，以便获得良好
17、的循环特性和大电流特性。）锂离子嵌入脱嵌可逆性好，伴随反应的体积变更小，锂离子扩散速度快，以便获得良好的循环特性和大电流特性。（3）与有机电解质和粘结剂接触性能好，热稳性好）与有机电解质和粘结剂接触性能好，热稳性好2.4锂离子电池的正极材料锂离子电池的正极材料LiNixMnyColxyO2等多元体系等多元体系 商业化的正极材料LiCoO2LiNiO2LiMn2O4LiFePO41.1.六方层状结构六方层状结构 LiCoOLiCoO2 2正极材料正极材料LiCoO2是第一代商业化锂离子电池的正极材料。完全脱出1molLi须要LiCoO2的理论容量274mAh/g，在2.54.25V.Li+/Li
18、 的电位范围内一般能够可逆地嵌入脱出0.5个Li，对应理论容量为138 mAh/g，实际容量也与此数值相当。几种常见正极材料几种常见正极材料2.立方尖晶石结构立方尖晶石结构 LiMn2O4正极材料正极材料 在 1983 年提出的尖晶石Li Mn2O4正极材料。LiMn2O4具有三维Li输运特性。其具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于LiCoO2，即使出现短路、过充电，也能够避开燃烧、爆炸的危急。几种常见正极材料几种常见正极材料3.正交橄榄石结构正交橄榄石结构 LiFePO4 材料材料1997 年，由 Goodenough 等提出橄榄石结构的磷酸铁锂材料（LiFeP
19、O4）可以用作锂离子电池正极材料。由于LiFePO4具有较稳定的氧化状态，平安性能好，高温性能好，循环寿命长，同时又具有无毒、无污染、原材料来源广泛、价格便宜等优点，目前已起先应用于电动汽车和大容量储能电池。几种常见正极材料几种常见正极材料三种常用正极材料的比较三种常用正极材料的比较项目项目LiCoO2系系LiNiO2系系LiMn2O4系系平均工作电压平均工作电压/V3.63.53.8理论能量容量理论能量容量/(mAh/g）295295148使用极限能量容量使用极限能量容量/(mAh/g）145200135热稳定性热稳定性不太稳定不太稳定不稳定不稳定稳定稳定安去对策安去对策毒性强，对策毒性强，
20、对策复杂复杂毒性强，对策毒性强，对策复杂复杂毒性弱，对策简毒性弱，对策简单单过渡金属资源储量过渡金属资源储量稀缺稀缺比比Co丰富丰富非常丰富非常丰富原料价格原料价格昂贵昂贵适中适中便宜便宜2.5 锂离子的负极材料锂离子的负极材料目前，在商业上广泛运用的负极材料基本上都是目前，在商业上广泛运用的负极材料基本上都是各种碳材料，比如自然石墨、人造石墨、中间相碳各种碳材料，比如自然石墨、人造石墨、中间相碳微球微球（MCMB）、非石墨化的软碳、非石墨化的软碳、硬碳材料。硬碳材料。2.6 负极材料的要求负极材料的要求u在锂离子的反应中自由能变更小在锂离子的反应中自由能变更小;u 锂离子在负极的固态结构中有
21、高的扩散率锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率;u可逆性高可逆性高;u有良好的离子电导率有良好的离子电导率;u热力学性质稳定热力学性质稳定,同时与电解质不发生反应同时与电解质不发生反应 典型的锂离子电池负极材料商业化广泛运用的锂离子电池负极材料主要分为以下两类：六方或菱形层状结构的人造石墨和天 然改性石墨；立方尖晶石结构的Li4Ti5O12。1.层状石墨类负极材料层状石墨类负极材料石墨具有两种晶体构成，一种是六方石墨，另一种是菱形石墨，石墨中的碳原子是 sp2 杂化，层与层之间通过范德华力结合，层内原子通过共价键结合，嵌入的 Li 插在石墨层间可以形成不同的“阶”结构。如“1 阶”，意味着相邻
22、的两个 Li 嵌入层之间只有一个石墨层也即-Li-C-Li-的依次，石墨“阶”结构示意图如图 3 所示。通过化学合成的方法，Li与石墨可以形成一系列的插层化合物，如 LiC24、LiC18、LiC9、LiC6 等2.中中间间相相碳碳微微球球MCMB中 间 相 碳 微 球 MCMB 是一种重要的人造石墨材料。MCMB 电化学性能优越的主要缘由是颗粒的外表面均为石墨结构的边缘面，反应活性匀整，易于形成稳定的 SEI膜，有利于 Li的嵌入脱嵌。改性后自然石墨的电化学性能有了较大提高，首次效率可以达到 90%93，100DOD循环寿命达到 500 次，可以基本满足消费电子产品对电池性能的要求。碳材料中
23、的硬硬碳碳、软软碳碳也是两类很重要的负极材料，不同的是硬碳和软碳的结晶度低，片层结构度没有石墨规整有序，如图 4 所示。其中硬碳是难以石墨化的碳，是高分子聚合物的热解碳的无定形结构，即使在 2500 也不能完全石墨化。软碳是易石墨化碳，是指在高温 2500 以下可以石墨化的无定形碳。常见的软碳主要有石油焦、碳纤维、针状焦等。3.3.非石墨类负极材料非石墨类负极材料负极材料的发展特点负极材料的发展特点(1)负极材料的放电容量向高容量方向发展负极材料的放电容量向高容量方向发展(2)锂离子电池成本下降的须要导致负极材料的锂离子电池成本下降的须要导致负极材料的期望价格呈下滑趋势期望价格呈下滑趋势(3)
24、锂离子电池工艺的多样化要求负极材料品种的多锂离子电池工艺的多样化要求负极材料品种的多样化和特性化样化和特性化(4)锂离子电池制备技术的提高促使负极材料的应用锂离子电池制备技术的提高促使负极材料的应用走向复合化走向复合化2.7锂离子电池的电解液锂离子电池的电解液锂离子电池有机电解液一般由三部分组成：电解质锂盐；有机溶剂；添加剂。常用的电解质锂盐主要包括LiClO4、LiBF4、LiBF6、LiAsF6、LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2等。有机溶剂主要包括碳酸酷、醚和竣酸酷等。有机电解液添加剂主要包括SEI膜成膜添加剂、过充电爱护添加剂、酉己体添加剂或称为导电添加剂等。对电解液的要求对电
25、解液的要求（1）离子电导率高）离子电导率高（2）电化学稳定的电位范围宽：必需有）电化学稳定的电位范围宽：必需有05V 的电的电化学稳定窗口化学稳定窗口（3）热稳定好，运用温度范围宽）热稳定好，运用温度范围宽（4）化学性能能够稳定，与电池内集电流体和活化学性能能够稳定，与电池内集电流体和活性物质不发生化学反应性物质不发生化学反应（5）平安低毒，最好能生物降解平安低毒，最好能生物降解锂离子电池电解液锂离子电池电解液锂离子电池的电解液为什么不能是水溶液？锂离子电池的电解液为什么不能是水溶液？由于该类电池的开路电压较高，为由于该类电池的开路电压较高，为4.1-4.2V，在此电压下，水溶液会被电解，在此
26、电压下，水溶液会被电解(水电水电解的理论电压是解的理论电压是1.23V），所以不能运用。），所以不能运用。因此，一般把基础溶质溶解在有机溶剂作为因此，一般把基础溶质溶解在有机溶剂作为电解液运用。电解液运用。3.锂离子电池物理化学问题锂离子电池物理化学问题 锂离子电池几乎没有记忆锂离子电池几乎没有记忆效应，但是多次充放电后其能效应，但是多次充放电后其能量还是会下降。量还是会下降。锂离子电池能量下降缘由锂离子电池能量下降缘由主要是正负极材料本身的变更：主要是正负极材料本身的变更：从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会渐渐塌陷、堵塞；会渐渐塌陷、堵
27、塞；从化学角度看，是正负极材料活性钝化，出现副反从化学角度看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物；应生成稳定的其他化合物；从物理角度看，还会出现正极材料渐渐剥落等状况。从物理角度看，还会出现正极材料渐渐剥落等状况。总之是降低了电池中可以自由在充放电过程中移动总之是降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。的锂离子数目。锂电极锂电极/电解液界面特性电解液界面特性锂电极在很多极性非质子溶剂体系中，具有明显的稳定性，这是由于在这些电解液中，它们被一层表面膜所钝化的原因，人们将其称之为钝化膜或SEI膜。在大多数电解液中，SEI膜主要由一些无机和有机盐组成，它的存在阻挡锂电极
28、和电解液的进一步反应，使锂电极具有明显的稳定性。在金属锂二次电池中，覆盖在锂电极表面的膜性能干脆确定锂电极的电化学行为，电池的循环寿命猛烈地依靠于锂的溶解沉积过程中的不行逆容量，SEI膜的形成过程在其中起着重要的作用。锂的溶解一沉积过程必需通过膜发生,而且锂离子通过膜的迁移是铿沉积一溶解过程的速率限制步骤,它确定了锂沉积一溶解过程的匀整性。例如膜的结构和组成匀整性越好，锂的沉积过程匀整性也就越好。当锂的沉积过程是匀整发生的时候,金属锂就可以在循环过程中避开被大部分腐蚀,这样锂电极就可以获得较好的循环效率。锂离子能够通过膜发生锂的沉积和溶解,但在溶解和沉积过程中,由于主要是由离子组分组成的膜很难
29、适应上述过程锂表面形态的变更,因此膜发生裂开,导致了“裸锂”的产生,以及它与电解液的更进一步的反应。因此在锂的反复沉积一溶解过程中,锂和电解液组分不断被消耗,导致锂电极循环性能衰减。膜的裂开会导致形成一些高活性位,从而加速这些部位铿的沉积和溶解速度,导致锂电极表面电流安排的不匀整性和枝晶的生成,从而出现一系列的平安问题。3.锂离子电池物理化学问题锂离子电池物理化学问题 假如电池中存在金属Li，金属Li放电时成为Li离子溶解在电解液中，反之充电时电解液中的Li离子变成金属Li析出。这样析出的Li不是以平滑的板状而是以针状结晶的形式长大。这就是所谓的树枝状结晶，即枝晶偏析问题，成为导致平安问题和容
30、量劣化的一个缘由。枝枝晶晶偏偏析析现现象象3.锂离子电池物理化学问题锂离子电池物理化学问题材料表面反应材料表面反应 电池在高温搁置时，正负极材料表面的电池在高温搁置时，正负极材料表面的 SEI 膜、氧化物包覆层以及过渡金属，可能膜、氧化物包覆层以及过渡金属，可能会部分溶出到电解质中。过充时，正极表面会部分溶出到电解质中。过充时，正极表面可以发生电解质氧化分解反应，产生气体，可以发生电解质氧化分解反应，产生气体，形成正极表面的形成正极表面的 SEI膜。负极表面可能析出膜。负极表面可能析出金属锂。正负极材料在充放电过程和储存过金属锂。正负极材料在充放电过程和储存过程中，表面往往会出现与体相不一样的
31、新相。程中，表面往往会出现与体相不一样的新相。此外，由于目前锂离子电解质中此外，由于目前锂离子电解质中 LiPF6遇遇到痕量水会产生到痕量水会产生 HF，HF会进攻正负极材料会进攻正负极材料的表面，导致表面氧化物会渐渐转化为氟化的表面，导致表面氧化物会渐渐转化为氟化物。除了正负极活性材料表面发生的反应，物。除了正负极活性材料表面发生的反应，导电添加剂、集流体的表面反应也很重要。导电添加剂、集流体的表面反应也很重要。对上述表面反应及反应产物的定量检测识别对上述表面反应及反应产物的定量检测识别与精确相识具有相当的难度。与精确相识具有相当的难度。3.锂离子电池物理化学问题锂离子电池物理化学问题高倍率
32、问题高倍率问题 电池的高倍率问题涉及电极过程动力学以电池的高倍率问题涉及电极过程动力学以及高倍率下材料结构稳定性、电池放热、平及高倍率下材料结构稳定性、电池放热、平安性等。高倍率下，在电极活性材料表面形安性等。高倍率下，在电极活性材料表面形成很高的电场梯度和浓度梯度，导致活性材成很高的电场梯度和浓度梯度，导致活性材料表面结构易于被破坏，使得电池循环性降料表面结构易于被破坏，使得电池循环性降低。能否高倍率充放电有时不完全取决于动低。能否高倍率充放电有时不完全取决于动力学因素，而是确定于是否会造成显著的结力学因素，而是确定于是否会造成显著的结构破坏。构破坏。锂离子电池石墨类负极材料，脱锂过程的锂离
33、子电池石墨类负极材料，脱锂过程的化学扩散系数高于嵌锂扩散系数，锂离子电化学扩散系数高于嵌锂扩散系数，锂离子电池表现出可以快放不能快充的非对称动力学池表现出可以快放不能快充的非对称动力学特点。在高倍率下，不同电极材料充放电过特点。在高倍率下，不同电极材料充放电过程中电极反应动力学参数是否对称须要系统程中电极反应动力学参数是否对称须要系统探讨。探讨。2.4.锂离子电池的应用锂离子电池的应用应用领域应用领域移动电话移动电话数码产品数码产品动力车动力车 电动工具电动工具蓝牙蓝牙备用电源备用电源军事军事我国锂离子电池的探讨现状我国锂离子电池的探讨现状 我国科学家从我国科学家从70代末就起先二次锂电池探讨
34、，代末就起先二次锂电池探讨，80年头起先，中科院的年头起先，中科院的“六五六五”、“七五七五”和和“八五八五”三个五年支配期间都把固体电解质二次锂电池列三个五年支配期间都把固体电解质二次锂电池列为重点课题。为重点课题。“七五七五”国家国家“863”支配启动时，就支配启动时，就以储能材料专题的名义对二次聚合物锂电池赐予以储能材料专题的名义对二次聚合物锂电池赐予了大力支持，包括中科院、高校和产业界的了大力支持，包括中科院、高校和产业界的11个个试验室在专题负责单位中科院物理所的协调下，试验室在专题负责单位中科院物理所的协调下，在聚合物电解质、电极材料和电池的设计、制作在聚合物电解质、电极材料和电池
35、的设计、制作方面取得了丰富的成果，为目前我国几千亿安时方面取得了丰富的成果，为目前我国几千亿安时的锂离子电池产业化群体的形成在科学技术和工的锂离子电池产业化群体的形成在科学技术和工程设计以及人员储备等方面都作出了重大贡献。程设计以及人员储备等方面都作出了重大贡献。目前我国已成为小功率锂离子电池的主要生产地。目前我国已成为小功率锂离子电池的主要生产地。与此相适应，锂离子电池相关材料的探讨和开发与此相适应，锂离子电池相关材料的探讨和开发也已取得很大的进展，已经或即将实现产业化。也已取得很大的进展，已经或即将实现产业化。锂离子电池的发展方向锂离子电池的发展方向1.1.接着开发新材料：接着开发新材料：
36、目前多数锂离子电池正极接受目前多数锂离子电池正极接受LiCoO2LiCoO2，负极接受，负极接受人工石墨化碳材料，价格昂贵。目前正在开发的新人工石墨化碳材料，价格昂贵。目前正在开发的新材料有：材料有：正极材料：正极材料：LiNi1-xCoxO2 LiNi1-xCoxO2，LiMn2O4LiMn2O4材料已日趋成材料已日趋成熟，预料不久将部分替代熟，预料不久将部分替代LiCoO2LiCoO2，使锂离子电池的，使锂离子电池的成本降低。最近，磷酸铁锂等新型正极材料的探讨成本降低。最近，磷酸铁锂等新型正极材料的探讨成为新的热点。成为新的热点。负极材料：自然石墨改性；金属锂表面改性；合金负极材料：自然石
37、墨改性；金属锂表面改性；合金负极等。负极等。电解质：聚合物固态电解质膜：电解质：聚合物固态电解质膜：10-410-6 10-410-6 10-4 10-4 -1-1cm-1 cm-1。2.2.改善平安性能改善平安性能锂离子电池的发展方向锂离子电池的发展方向3.3.探讨新体系：探讨新体系：凝胶或全固态聚合物电解质锂离子电池凝胶或全固态聚合物电解质锂离子电池 聚聚合合物物电电解解质质锂锂离离子子电电池池更更加加平平安安，可可进进行软包装和制成异型。行软包装和制成异型。金属锂二次电池金属锂二次电池 如如：美美国国MoltechMoltech公公司司接接受受独独特特的的薄薄膜膜技技术术研研制制出出具具有有高高比比能能、高高放放电电率率、平平安安、无无污污染染的的新新型型锂锂硫硫二二次次电电池池，其其比比能能量量大大于于200Wh/kg200Wh/kg，可可以以用用8C8C速速率率放放电电，可可耐耐过过充充电电及过放电而无须实行防护措施。及过放电而无须实行防护措施。薄膜锂电池薄膜锂电池 在在信信息息产产业业中中作作为为微微电电子子的的固固定定或或移移动动电电源源具具有有广广泛泛的的应应用用前前景景；用用于于移移动动电电源源如如医医疗疗器器械械、微微传传感感器器、微微传传输输器器、智智能能卡卡器器件等件等 Thank you！