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锂离子电池电极材料研究
人类使用电源的历史最早可以追溯到1800年意大利科学家Volta发明的伏打电堆，1859 年法国科学家Plante研制成功了铅酸蓄电池，此后化学电源的发展进入飞速阶段，1868年 法国人Ledanche发明了以NH4C1为电解液的MnO2 一 Zn原电池，1899年瑞典人Jiinger发 明了 Ni — cd蓄电池。进入20世纪以后，随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，对 电源的性能提出了越来越高的要求，促使化学电源不断向小型化、高能量、长寿命、无污染 的方向发展。1954年美国贝尔实验室的科研人员发现硅基半导体材料具有很高的光电转换 效率，并在此基础上设计了太阳能电池。20世纪60年代美国航空航天局(NASA)为登月计 划成功的设计了氢氧燃料电池，随后70年代的能源危机又进一步推动了该类电池的发展， 可以使用其它有机燃料来代替氢气。20世纪80年代末，由储氢材料取代Ni — Cd蓄电池中 的镉负极而诞生的Ni 一 MH电池以其高容量、无记忆效应等优势引起关注，而自90年代 日本索尼(Sony)公司率先推出商品化锂离子电池以后，该技术又开始在世界范围内以惊人速 度向规模化和产业化的方向发展，现在锂离子电池己基本完全占领了手机和便携式数码产品 的电池市场。
1. 锂离子电池工作原理
锂离子电池采用两种能够可逆地嵌入脱出锂离子的材料作为正极和负极，并配以适当 的电解液构成电池体系。电池充电时，Li+从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于 贫锂态；放电时则相反，IT从负极脱出并嵌入正极，正极处于富锂态。从充放电反应的可 逆性看，锂离子电池是一种理想的可逆反应电池。这种充、放电过程类似摇椅的往复运动， 故锂离子电池又称摇椅电池(Rocking Chair Batteries,简称RCB)。锂离子电池的主要结构 部分有正极、负极、能传导锂离子的电解质以及把正负极隔开的隔离膜。其基本结构与工作 原理如图1所示。
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Negative
Aluminumpositive current collector
electrolyte
■ Positive
Electrode
图1锂离子电池工作原理示意图
以LiCoO2作为正极，C作为负极为例，其充电电极反应可表示为: 正极：LiCoO2 —> + Li+ + xe「 负极：C + xLi+ + xe- 一 LixC
总反应：LiCoO2 + C一 Li !_xCoO2 +
400
300
200
100
0
6 50 1 00 1S0 200 250
Energy density (Wh kg-
LixC
2. 锂离子电池的主要特点
目前商用锂离子电池与其它类型的二次电池 相比，锂离子电池具有明显的优点：
1） 工作电压较高（）,是Ni-Cd和Ni-MH
（）电池的3倍。
2） 能量密度高。达125-130Wh/Kg,是铅酸电池
的六倍，是Ni-Cd电池的四倍，Ni-H电池两 倍。如图2所