1、鋰電池性能研究 姓名：宋琳琳 學號：20122401176 單位：12級化學教育3班摘要：“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。最早出現的鋰電池來自于偉大的發明家愛迪生，使用以下反應：Li+MnO2=LiMnO2該反應為氧化還原反應，放電。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流關鍵詞：鋰電池、性能、研究進展、發展趨勢、應用領域 引言：金屬鋰是 自然界中最輕并且標準電極電位最低的金屬，所以鋰電池具有比其他化學能用更高的能量密度和功率密度，可以在動力汽

2、車、儲能設備、軍用設備、醫療機械等各個領域廣泛的應用。又由于鋰元素是一種在 自然界中廣泛存在的元素低廉的價格使它比其他高比能電池體系更具有普及大眾的廣泛應用空間，因而鋰電池已成為 目前世界上研究最廣泛的新能源電池。正文： 1、鋰電池貯存性能分析 從宏觀上來說，決定鋰電池的自放電現象的因素主要分為兩大類：時間和電荷負載狀態。前者在多次循環的條件下占主導因素，而后者在長時間存放或者不接外電路的情況下的影響至關重要。鋰電池經過長時間的存放，電池性能下降，一般表現為電池的內阻變大、電壓降低并伴隨著一定的自放電現象，從而導致電池放電容量低于額定容量。電池的常溫 、高溫的自放電率 、內阻和電池的開路電壓等

3、是分析電池貯存性能的主要指標。對于長期擱置的鋰離子電池，其容量的降低包括 由電池內部化學體系消耗反應造成的不可逆衰減的容量，還包括可以通過再次充電恢復的容量 ，它們的形成微觀機理大不相同。 2、鋰電池研究進展 (1)鋰電池性能的提高 為了提高電池的儲存性能，一般在存儲前對電池進行低倍 率的預循環，這樣可以讓電池內部各活性物質在初次的循環過 程中形成良好的鈍化膜，有利于增加電池的穩定性。在保持電 池的使用性能方面，一般采用的方法是在電池體系使用前 ，對電池進行重新充電，讓各個電池芯的電壓都恢復到額定值 ，但 是不同的電池芯在儲存時，自放電的程度不同，會出現有的電池處于低荷電態 ，而有的電池處于高

4、荷電態的情況。因此需要每個保持電池芯都具有相同的內部電荷損失 ( 即自放電速率) 、相同的內阻、相同的老化壽命。否則 ，當自放電速率高的電池充電去彌補電壓損失時 ，自放電率低的電池已經到達額定 電壓 并被過充電，造成電芯的傷害。另外，還要求電池的 自放電速率與荷電狀態呈線性變化。否則 ，若低電荷態的電池具有高的自放電率 ，那么它的 自放電 速率將隨著荷電態的降低而迅速降低 ，使得電池體系中的電池芯間的個體差異進一步增大。為了保持 電池系統 內電壓的平衡，充電時由于電芯個體差異的引起的過沖電現象在鋰電池中是必須避免的。然而電池芯的自放電率與荷電狀態的關系是隨著電池存放時間、存放溫度 、內部電池材

5、料 、制作工藝緊密相 關的” ，因而對于每個電池芯進行輔助系統的管理監控，恢復充電測試時對每個電池芯進行分別充電是提高鋰電池儲存性能的有效方法之一。又因為根據以上鋰電池在貯存過程中失效的機理，一般報道認為較高的儲存溫度和高的荷電態都不利于鋰電池貯存性能的保持，如圖 2所示，同類型的電池分別在不同的荷電狀態和保存溫度下經過 2個月的儲存后的可逆容量顯示出，在較低 溫度，5 0 充電態時儲存的電池具有最高的可能容量 ，因而在鋰電池貯存的過程中，需要盡量保持低溫環境以及避免滿荷電態保存。不過，隨著電池制作工藝技術的不斷提高以及電池材料更新換代，有的電池也可在較高溫度貯存時具有和低溫儲存時相媲美的性能

6、 。 （2）、發展進度 1、1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，制成首個鋰電池。 2、1980年，J. Goodenough 發現鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。 3、1982年伊利諾伊理工大學(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關注，因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。 4、1983年M

7、.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料，具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。 5、1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發現采用聚合陰離子的正極將產生更高的電壓。 6、1991年索尼公司發布首個商用鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費電子產品的面貌。 7、1996年Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵(LiFePO4)，比傳統的正極材料更具優越性，因此已成為當前主流的正極材料。 隨著數碼產品如手機、筆記本電腦

8、等產品的廣泛使用，鋰離子電池以優異的性能在這類產品中得到廣泛應用，并在逐步向其他產品應用領域發展。1998年，天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。習慣上，人們把鋰離子電池也稱為鋰電池，但這兩種電池是不一樣的。鋰離子電池已經成為了主流。3、鋰電池的發展趨勢 （1）CoMn 2O4 新型鋰離子電池負極材料的合成與性能研究 目前 ， 研究較多的為 C o 3 0 4 等過渡金屬氧化物， 主要是由于氧化物具有穩定的結構、 便宜的制造 成本、 簡潔的制造工藝以及較大的儲鋰容量。但在鋰電池循環過程中， 簡單金屬氧化物具有結構 不穩定、 充放電容量衰減快等缺點， 復合氧化物因其更穩定的結構可以在一定程度

9、上克服上述問題， 成為負極材料研究的熱點。其中， M n - C o 復合氧化物由于其獨特的物化 特性和潛在的應用價值而備受關注。在實際應用中， 由于鈷價格昂貴， 有很大的毒性， 且鋰脫出的電壓較高 (。而錳元素低毒， 價格便宜( 錳比鉆便宜 2 0倍) ， 自然界中含量很豐富人們往往更傾向用來部分替代昂貴且有毒的鈷。除此之外, CoMn 2O4 的理論比容量較高， 因而CoMn 2O4將可能成為下一代鋰離子電池負極的理想材料。（2）、容量十倍于傳統鋰電池的新型電池研究取得進展在 開發容量相當于現有鋰 離子 電池 1 O倍的新型電池方面 ，研究人 員向前邁出了一步 。研究人員一直在試驗一種名為

10、LLZO的“ 深紅色陶瓷”材料,目的是加快鋰一空 氣電池的實用化 。鋰一空氣電池的開發已經持續了數十年 ,但被認不夠穩定而無法投入實用。鋰一空氣電池的能量密度更高,但當前的材料不夠穩定,使得鋰一 空氣電池 不能投入實用。LLZO可以充當一種分離器，提高電池的穩定性,尤其是在放電過程中。馬成指出， LLZO可能優于應用在鋰一空氣電池中的任何商業性電解質，它還向研究人 員提供了在鋰一空氣電池設計中采用新創意的機會。 （3）、一種新型鋰電池雙功能電解液添加劑的研究 通過循環伏安法、充放電實驗、過充和可燃性實驗、差示掃描量熱法 ( DSC)測試分析對 4 一溴 一 2 一氟苯甲醚 ( B F MB )

11、 用作鋰離子電池電解液的新型雙功能添加劑進行了研究。結果表明過充時 B F MB在 4 6 V發生電聚合反應生 成聚合物膜從而阻止了電壓的升高。這種添加劑不僅可以降低電解液的可燃性， 而且提高了鋰離子電池的熱穩定性。對鋰離子電池的正常循環性能基本沒有影響。因此這種添加劑可以用作鋰離子電池雙功能電解液添加劑， 達到過充保護和阻燃雙重效果。 總之，鋰離子電池的發展方向包括：聚合物類 聚合物鋰離子電池是在液態鋰離子電池基礎上發展起來的，以導電材料為正極，碳材料為負極，電解質采用固態或凝膠態有機導電膜組成，并采用鋁塑膜做外包裝的最新一代可充鋰離子電池。由于性能的更加穩定，因此它也被視為液態鋰離子電池的

12、更新換代產品。很多企業都在開發這種新型電池。 動力類 動力鋰離子電池：嚴格來說，動力鋰離子電池是指容量在3AH以上的鋰離子電池，泛指能夠通過放電給設備、器械、模型、車輛等驅動的鋰離子電池，由于使用對象的不同，電池的容量可能達不到單位AH的級別。動力鋰離子電池分高容量和高功率兩種類型。高容量電池可用于電動工具、自行車、滑板車、礦燈、醫療器械等；高功率電池主要用于混合動力汽車及其它需要大電流充放電的場合。根據內部材料的不同，動力鋰離子電池相應地分為液態動力鋰離子電池和聚合物理離子動力電池兩種，統稱為動力鋰離子電池。 高性類 為了突破傳統鋰電池的儲電瓶頸，研制一種能在很小的儲電單元內儲存更多電力的全

13、新鐵碳儲電材料。但是此前這種材料的明顯缺點是充電周期不穩定，在電池多次充放電后儲電能力明顯下降。為此，改用一種新的合成方法。他們用幾種原始材料與一種鋰鹽混合并加熱，由此生成了一種帶有含碳納米管的全新納米結構材料。這種方法在納米尺度材料上一舉創建了儲電單元和導電電路。這種穩定的鐵碳材料的儲電能力已達到現有儲電材料的兩倍，而且生產工藝簡單，成本較低，而其高性能可以保持很長時間。領導這項研究的馬克西米利安菲希特納博士說，如果能夠充分開發這種新材料的潛力，將來可以使鋰離子電池的儲電密度提高5倍。 4、鋰離子電池應用領域 （1）便攜式電子產品A. MP3/MP4/MP5 產品簡介：便攜式音樂播放器、視頻

14、播放器等B. 筆記本 產品簡介：手提電腦、掌上電腦、一體式平板電腦等。 C. 手機 產品簡介：手機等便攜式設備 D.數碼相機 產品簡介：便攜式數碼相機、單反相機、卡式數碼相機等產品 (2)電動交通工具A.電動車 產品簡介：電動自行車、電動摩托、電動助力車、電動汽車等代步動力型產品 B.混合動力大巴和轎車產品簡介：新型混合動力大巴車以及其它利用混合動力轎車車的各種車型 C.通用汽車 產品簡介：通用型汽車：包括轎車、小客車、商務車、面包車、吉普車、跑車等汽車型號 D.新能源汽車 產品簡介：新興能源動力車輛所使用動力電源 (3)大型動力電源A.艦船動力 產品簡介：大型艦船類動力電源，如：航線、戰船、

15、大型郵輪、貨輪等等 B.航空動力 產品簡介：各種航空飛行器所用動力電源，如：大型民航客機、商務飛機、直升機、戰斗機等等飛行器具所用動力電源 C.航天動力 產品簡介：各種航天載具所用的動力電源系統，如：航天飛機、衛星、火箭、導彈等等 D.裝甲動力 產品簡介：軍用裝甲，民用大型挖掘器械所用動力電源，如：坦克、裝甲車、軍用大型裝甲車輛、民用大型挖掘器械、大型吊車等等 (4)二次充電及儲能領域A.電動玩具 產品簡介：各種電動類玩具 B.風能、太陽能儲能電源 產品簡介：各類太陽能電池，風能儲能電池等 C.電動工具 產品簡介：各類電動工具，如：電鉆，碾磨器，電動螺母等等 D.手電筒 產品簡介：各類充能類手電筒，強光燈，照明燈等等 E.電動航模 產品簡介：各類電動型航模產品，主要為電力驅動類飛機、船舶、車輛等模型電源動力 【結論】 中國鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告前瞻數據統計，2012年我國新能源汽車、電網儲能、特種車、通信基站等領域的成品鋰電池組市場規模為35億元，比2011年的26億元增長34.6%。其中新能源汽車的應用占比為57%。自從2007年蘋果公司發布智能手機，隨后又推出平板電腦以來，全球便進入了智能化時代，對智能手機和平板電腦的強烈需求快速推動了數碼鋰電池的銷量，其中以手機鋰電池銷量最大。2012年數碼鋰電池行業產品結構的快速調整，一方面使軟包鋰電池、圓柱鋰電池的