锂离子电池概述.ppt
《锂离子电池概述.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《锂离子电池概述.ppt(32页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第五章锂离子电池概述5.1 前言5.2 锂离子电池的工作原理5.3 锂离子电池电极材料概述5.4 锂离子电池的特性5.5 锂离子电池的发展趋势5.1 前言锂在已知金属中原子量最小,标准电极电位最负,与适当的正极材料匹配可构成高能电池。20世纪60年代开始锂电池的研究受到重视。70年代Li/MnO2和Li/CFx等锂原电池实现了商品化,与传统的原电池相比,具有明显的优点,成为新一代高能电池。锂二次电池的研究始于20世纪60、70年代,当时主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系,正极采用的是过渡金属硫化物和过渡金属氧化物。如:Exxon公司的Li/TiS2体系,但这些电池最终亦未能实现商
2、品化,主要原因:充电时,由于锂的不均匀沉积,电极表面易形成锂枝晶,穿过隔膜使正极与负极短路,以及金属锂较活泼,容易与电解液发生反应,由此导致的电池性能衰减和安全性问题难于解决。80年代,人们开始探索用可储锂的载体材料替代金属锂作为负极,研究了过渡金属氧化物和碳类材料;同时,开发了LiCoO2等含锂正极材料。经过近二十年的探索,在20世纪80年代末、90年代初诞生了以石墨化碳材料为负极,锂与过渡金属的复合氧化物为正极的锂二次电池锂离子电池,开创了锂二次电池实用化的新时代。锂二次电池发展过程体系Li/LE/TiS2Li/SO21970s负极:金属锂锂合金电解质:液体有机电解质固体无机电解质(Li3
3、N)过渡金属氧化物(V2O5、V6O13)正极:过渡金属硫化物(TiS2、MoS2)液体正极(SO2)1980s聚合物正极;FeS2;硒化物(NbSe3);聚合物电解质Li/聚合物二次电池Li/LE/MoS2Li/LE/NbSe3Li/LE/LiCoO2Li/PE/V2O5,V6O13增塑的聚合物电解质LiCoO2、LiNiO2锰的氧化物Li的碳化物(LiC12)(焦炭)Li/LE/MnO2负极:正极:电解质:体系:Li的嵌入物(LiWO2)199019951998负极:新型合金电解质:全固态聚合物电解质体系:全固态锂二次电池注:LE为液体电解质,PE为聚合物电解质。1994负极:无定形碳电解
4、质:PVDF凝胶电解质体系:凝胶锂离子电池Li的碳化(LiC6)(石墨)C/LE/LiCoO2;C/LE/LiMn2O4负极:正极:电解质:体系:LiMn2O4小结金属锂合金石墨化碳新型合金、锂过渡金属硫化物过渡金属氧化物锂、过渡金属复合氧化物液体有机电解质固态凝胶聚合物电解质全固态聚合物电解质the theory of lithium batterychargingdischargingLi+chargingdischarginganode:6C+xLi+xe-LixC6Cathade:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-chargingdischargingTotalreacti
5、on:6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6chargingdischarging5.3 锂离子电池电极材料概述5.3.1正极材料正极材料选择的基本考虑:在充放电时晶体结构保持不变或变化可逆具有较大的嵌锂容量较高的氧化还原电势高度的化学稳定性锂离子电池正极材料的主要种类按金属元素划分:钴系列:LiCoO2,LiCo1-xMxO2镍系列:LiNiO2,LiNi1-xMxO2锰系列:LiMn2O4,LiMn2-xMxO4;LiMnO2,LiMn1-xMxO2;MnO2钒系列:LiV3O8,LiV2O5;V2O5按结构划分:层状结构:LiCoO2;LiNiO2;LiMnO2尖晶石结构:Li
6、Mn2O4橄榄石结构:LiFePO4按是否锂源分:锂源型:LiCoO2,LiNiO2,LiNi1-xMxO2,LiMn2O4,LiMnO2,LiFePO4非锂源型:MnO2,LiV3O8,LiV2O5,V2O5,S,TiS2LiMA2型层状材料储锂特性浅析LiMO2(M=Ni,Co等)的二维晶体结构材料的结构框架由二价阴离子密堆积构成;高价阳离子位于阴离子密堆积形成的八面体空隙中;锂离子寄宿在阴离子密堆积形成的八面体空隙中。二价阴离子除O2-外,尚有s2-、Se2-、Te2-等,由于阳离子处于阴离子密堆积的八面体空隙中,故材料的摩尔体积主要由阴离子的大小和密堆积方式决定。由于O2-相对其它阴离
7、子来说体积最小,故体积比容量以氧化物为最大,以阴离子六方密堆积为例,经计算得到的LiMeO2,LiMeS2,LiMeSe2,LiMeTe2的体积比容量分别为:1.43,0.63,0.51,0.36Ah/cm3。由此可看出嵌入材料具有最大体积比容量的化学组成为LiMeO2或MeO2。MeO中O2-密堆积的八面体空隙全部被高价阳离子Me占据,不能再接受锂离子,因此MeO不具有嵌入反应的性质;对MeO3而言,多余的八面体空隙是阳离子Me已占据的空隙的两倍,所以组成为MeO3的比容量不是很高;组成为MeO2时,可接受Li+的八面体空隙数和可接受电子的高价阳离子数相等,因此容量可达到最大值的化学组成为M
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 锂离子电池 概述
限制150内