鋰離子電池與電池材料ppt課件

1、 新型能源材料之新型能源材料之 鋰離子電池與電池材料鋰離子電池與電池材料一次電池一次電池二次電池二次電池 燃料電池燃料電池儲(chǔ)備電池儲(chǔ)備電池鎳鎳/鎘電池鎘電池鎳鎳/氫電池氫電池鋰離子電池鋰離子電池鉛酸電池鉛酸電池化學(xué)電池化學(xué)電池化學(xué)電池化學(xué)電池按化學(xué)電源的工作性質(zhì)及儲(chǔ)存方式不同，按化學(xué)電源的工作性質(zhì)及儲(chǔ)存方式不同，化學(xué)電池有以下類別：化學(xué)電池有以下類別：a、一次電池：反應(yīng)不可逆，正負(fù)電極上的活性物質(zhì)只能使用一次。、一次電池：反應(yīng)不可逆，正負(fù)電極上的活性物質(zhì)只能使用一次。 如：鋅如：鋅/猛電池、鋅猛電池、鋅/汞電池汞電池b、儲(chǔ)備電池：電池正負(fù)活性物質(zhì)和電解質(zhì)在儲(chǔ)備期間不直接接觸，、儲(chǔ)備電池：電池正

2、負(fù)活性物質(zhì)和電解質(zhì)在儲(chǔ)備期間不直接接觸， 在使用時(shí)借助動(dòng)力源作用于電解質(zhì)，使電池激活工作在使用時(shí)借助動(dòng)力源作用于電解質(zhì)，使電池激活工作 如：鎂如：鎂/銀電池、鋅銀電池、鋅/銀電池銀電池c、燃料電池、燃料電池: 正負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，但活性物質(zhì)被連續(xù)注入電正負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，但活性物質(zhì)被連續(xù)注入電 池，電池不斷進(jìn)行發(fā)電。池，電池不斷進(jìn)行發(fā)電。 如：堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池如：堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池五類五類d、蓄電池：、蓄電池： 電能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電池兩極的可逆放電電能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電池兩極的可逆放電 反響，可循環(huán)使用。反響，可循環(huán)使用。 如：鉛

3、酸電池、鎳如：鉛酸電池、鎳/氫電池、鋰離子電池氫電池、鋰離子電池鋰一次電池鋰一次電池(又稱鋰原電池又稱鋰原電池, Primary LB)鋰電池鋰電池(Lithium Battery, 簡(jiǎn)寫成簡(jiǎn)寫成LB)鋰二次電池鋰二次電池(又稱鋰可充電又稱鋰可充電電池，電池，Rechargeable LB)鋰離子電池與鋰電池的區(qū)別 早期的鋰電池鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。所以在介紹之前，先介紹鋰電池。舉例來(lái)講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。這種電池也可以充電,但循環(huán)性能不好，在充放

4、電循環(huán)過(guò)程中,容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。 鋰離子電池：炭材料鋰電池鋰離子電池：炭材料鋰電池后來(lái)，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的后來(lái)，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存化合物作正極的鋰電池，在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為

5、負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。 目前所說(shuō)的鋰離子電池通常為鋰二次電池。目前所說(shuō)的鋰離子電池通常為鋰二次電池。鋰離子電池的商品化 1990年日本年日本SONY公司正式推出公司正式推出LiCoO2/石墨這種鋰

6、離石墨這種鋰離子電池，該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代金子電池，該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代金屬鋰作為負(fù)極，克服了鋰二次電池循環(huán)壽命低、安全性差屬鋰作為負(fù)極，克服了鋰二次電池循環(huán)壽命低、安全性差的缺點(diǎn)，從而鋰離子電池得以商品化。鋰離子電池具有電的缺點(diǎn)，從而鋰離子電池得以商品化。鋰離子電池具有電壓高、比能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等特點(diǎn)。從問(wèn)世以壓高、比能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等特點(diǎn)。從問(wèn)世以來(lái)已廣泛用于電子設(shè)備中來(lái)已廣泛用于電子設(shè)備中鋰離子電池工作原理 鋰離子電池工作原理圖鋰離子電池工作原理圖鋰離子電池正極材料正極材料在性能上應(yīng)滿足：a、在要求的充放電電位范圍內(nèi)，與電解質(zhì)溶

7、液具有相容性b、溫和的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)c、高度可逆性其結(jié)構(gòu)具有以下作用：a、保證電極具有良好的可逆性能b、保證電池的充放電電壓平穩(wěn)c、使電池具有良好的快速充放電性能常見(jiàn)鋰離子電池的正極材料 a、氧化鈷鋰層狀氧化鈷鋰尖晶石型氧化鈷鋰b、鋰鎳氧化物c、尖晶石型 Li2MnO4 d、其他鋰離子正極材料鋰釩氧化物導(dǎo)電聚合物提高氧化鈷鋰的容量，改善循環(huán)性能的方法有：提高氧化鈷鋰的容量，改善循環(huán)性能的方法有：1、加入鋁、鐵、錳等元素，穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)，改善穩(wěn)定性，延長(zhǎng)循環(huán)壽命2、引入雜原子以及一些非晶物，使氧化鋰鈷的晶界結(jié)構(gòu)部分變化，提高電極結(jié)構(gòu)變化的可逆性3、在電極材料中加入鈣離子或氫離子，改善電極導(dǎo)電，提高

8、點(diǎn)擊活性物質(zhì)的利用率和快速充放電能力4，引入過(guò)量的鋰，增加電極可逆容量鋰鎳氧化物理論容量為274mA.h/g,實(shí)際容量已達(dá)190210mA.h/g。其自放電率低，無(wú)環(huán)境污染，對(duì)電解液的要求較低與氧化鈷鋰相比，氧化鋰鎳具有下列優(yōu)勢(shì)：a、鎳比鈷便宜b、可采儲(chǔ)量鎳約為鈷的145倍c、氧化鈷鋰與氧化鋰鎳晶型相同，容易取代尖晶石型尖晶石型 Li2MnO41、Li2MnO4的理論容量為148mA.h/g，而在實(shí)際中LixMn2O4的x值在0.151之間變化，因而實(shí)際可逆容量一般在120mA.h/g左右。2、在鋰離子電池的應(yīng)用中， Li2MnO4正極材料存在的主要問(wèn)題是高溫工作時(shí)電極的循環(huán)性能和存放性能較差3、制備Li2MnO4的方法有高溫固相反應(yīng)法、化學(xué)共沉淀法、溶膠凝膠法、熔鹽浸漬法、模板法等鋰離子電池負(fù)極材料鋰離子電池負(fù)極材料a、以前采用金屬鋰作為負(fù)極、以前采用金屬鋰作為負(fù)極b、目前采用炭材料作為負(fù)極材料。如、目前采用炭材料作為負(fù)極材料