锂离子电池的由来及开展

1970年代埃克森的M.S.Whittingham选用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂离子电池。

1980年，J.Goodenough发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。

982年伊利诺伊理工大学（theIllinoisInsTItuteofTechnology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此进程是快速的，并且可逆。与此一起，选用金属锂制成的锂离子电池，其安全隐患备受重视，因此人们检验运用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优异的正极材料，具有贱价、安稳和优异的导电、导锂功用。其分化温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即便出现短路、过充电，也可以防止了焚烧、爆炸的风险。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现选用聚合阴离子的正极将发生更高的电压。

1991年索尼公司公布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的容颜。

1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁（LiFePO4），比传统的正极材料更具优越性，因此已成为其时干流的正极材料。

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锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂离子电池开展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂离子电池。举例来讲，纽扣式电池就归于锂离子电池。锂离子电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。这种电池也可以充电，但循环功用欠好，在充放电循环进程中，简略构成锂枝晶，构成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是制止充电的。

后来，日本索尼公司发清楚以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂离子电池，在充放电进程中，没有金属锂存在，只需锂离子，这就是锂离子电池。

20世纪90年代初，日本Sony动力开发公司和加拿大Moli动力公司别离研制成功了新式的锂离子蓄电池，不只功用杰出，并且对环境无污染。跟着信息技术、手持式机械和电动轿车的迅猛开展，对高效能电源的需求急剧上升，锂离子电池已成为现在开展最为敏捷的范畴之一。

锂离子电池的结构及原理

锂离子电池的首要组成：

（1）正极活性物质首要指钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂等，导电集流体一般运用厚度在10--20微米的铝箔；

（2）隔膜一种特别的塑料膜，可以让锂离子经过，但却是电子的绝缘体，现在首要有PE和PP两种及其组合。还有一类无机固体隔膜，如氧化铝隔膜涂层就是一种无机固体隔膜，；

（3）负极活性物质首要指石墨、钛酸锂、或近似石墨结构的碳材料，导电集流体一般运用厚度在7-15微米的铜箔；

（4）电解液一般为有机系统，如溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，另有些聚合物电池运用凝胶状电解液；

（5）电池外壳首要分为硬壳（钢壳、铝壳、镀镍铁壳等）和软包（铝塑膜）两种。

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当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需求一个电极在组装前处于嵌锂情况，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中安稳的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

做为负极的材料则选择电位尽可能挨近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、组成石墨、碳纤维、中心相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

电解质选用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂系统。

隔膜选用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜，尤其是PP/PE/PP三层隔膜不只熔点较低，并且具有较高的抗穿刺强度，起到了热稳妥效果。

外壳选用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功用。

底子作业原理

当对电池进行充电时，正极的含锂化合物有锂离子脱出，锂离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构，它有许多微孔，抵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。

当对电池进行放电时（即我们运用电池的进程），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容量。

在锂离子电池的充放电进程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动情况。这就像一把摇椅，摇椅的两头为电池的两极，而锂离子就在摇椅两头来回运动。所以锂离子电池又叫摇椅式电池。

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充放电机理

锂离子电池的充电进程分为两个阶段：恒流充电阶段和恒压电流递减充电阶段。

锂离子电池过度充放电会对正负极构成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现凹陷，而凹陷会构成充电进程中锂离子无法刺进；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而构成其间部分锂离子再也无法释放出来。

锂离子电池坚持功用最佳的充放电方法为浅充浅放。一般60%DOD是100%DOD条件下循环寿数的2~4倍。

锂离子电池首要功用目标

电池的容量

电池的容量有额定容量和实践容量之分。电池的额定容量是指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至间断电压时所应供应的电量，用C5表明。电池的实践容量是指电池在必定的放电条件下所放出的实践电量，首要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。

容量单位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。

电池内阻

电池内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电作业电压下降，放电时间缩短。内阻巨细首要受电池的材料、制作工艺、电池结构等要素的影响。电池内阻是衡量电池功用的一个重要参数。

电压

开路电压是指电池在非作业情况下即电路中无电流流过期，电池正负极之间的电势差。一般情况下，锂离子电池布满电后开路电压为4.14.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。经过对电池的开路电压的检测，可以判别电池的荷电情况。

作业电压又称端电压，是指电池在作业情况下即电路中有电流流过期电池正负极之间的电势差。在电池放电作业情况下，当电流流过电池内部时，不需打败电池的内阻所构成阻力，故作业电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电作业电压在3.6V左右。

放电途径时间

放电途径时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电时间。例对某三元电池测量其3.6V的放电途径时间，以恒压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.02C时间断充电即布满电后，然后放置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时间即为该电流下的放电途径时间。

因某些运用锂离子电池的用电器的作业电压都有电压要求，假如低于要求值，则会出现无法作业的情况。所以放电途径是衡量电池功用好坏的重要规范之一。

充放电倍率

充放电倍率是指电池在规矩的时间内放出其额定容量时所需求的电流值，1C在数值上等于电池额定容量，通常以字母C表明。如电池的标称额定容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则为0.5C，100A为10C，以此类推。

自放电率

自放电率又称荷电坚持才能，是指电池在开路情况下，电池所贮存的电量在必定条件下的坚持才能。首要受电池的制作工艺、材料、贮存条件等要素的影响。是衡量电池功用的重要参数。

功率

充电功率是指电池在充电进程中所消耗的电能转化成电池所能贮存的化学能程度的测量。首要受电池工艺，配方及电池的作业环境温度影响，一般环境温度越高，则充电功率要低。

放电功率是指在必定的放电条件下放电至终点电压所放出的实践电量与电池的额定容量之比，首要受放电倍率，环境温度，内阻等要素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电功率越低。温度越低，放电功率越低。

循环寿数

电池循环寿数是指电池容量下降到某一规矩的值时，电池在某一充放电原则下所阅历的充放电次数。锂离子电池GB规矩，1C条件下电池循环500次后容量坚持率在60%以上。

锂离子电池的首要分类

（一）、根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymerlithiumionbattery,简称为LIP)两大类。

（二）、按充电方法可分为：不可充电的及可充电的两类。

（三）、锂离子电池外型分：有方型锂电（如常用的手机电池）和柱形（如18650、18500）；

（四）、锂离子电池外包材料分：铝壳锂离子电池，钢壳锂离子电池，软包电池；

（五）、锂离子电池从正负极材料（添加剂）分：钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂离子电池，一次性二氧化锰锂离子电池