锂离子电池基本结构和工作原理介绍

时间：2012-9-4 10:50:20来源：本站原创浏览次数：

锂离子电池(摇椅式电池)

锂离子电池(又称摇椅式电池)是指以两种不同的能够可逆的插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池的正极和负极的二次电池体系。世界上最初是由I. Kuribayshi及其合作者们发明的，在日本Asahi化学工业公司获得的世界范围的专利。锂离子电池的名字是T. Nagaura和K. Tozawz命名的。
锂离子电池是什么，什么叫做锂离子电池可以参考我前面写过的文章。

时至今日，二次锂离子电池的研制开发己取得很大的进展。一些日本大公司已研制成功商品化电池，并开始批量生产，同时旨在改进这种电池的研制工作也在积极开展。专家预言，在未来十年内锂离子电池有望取代目前流行的Ni-Cd蓄电池。

锂离子电池基本结构和工作原理

1980年，M . Armand等人提出用插锂化合物来代替金属锂二次电池中锂负极，并提出"摇椅式电池"的概念.从那以后，相继出现了一些实验型"摇椅式电池"，其基本原理可描述为:LiyMnYm+AZBw Liy_XMYm+LixAzBw

其中LiyMnYm是用来做阳极的低电位嵌锂化合物，如Li WO2 , LiMoO2 , Li6Fe2O3等，用来做阴极的高电位嵌锂化合物AZBW有:TiS2, WO3, NbS2, V20，等。

与金属锂作为电池负极的二次锂电池相比，锂离子电池的安全性能大为改善，并且具有良好的循环寿命;但由于负极材料(LiWO2, LiMoO:等)的嵌锂电位较高(0.7V-2.OV vs. Li/Li+) ，嵌锂容量偏低，又失掉了二次锂电池电压高，高比能的优点。

随着人们对嵌锂化合物的研究与开发，摇椅式电池正负极材料得到了进一步的发展。1987年，Auburn Barberie等提出7' M002(WO2)ILiPF6-PC/LiCoO2类锂浓差电池，这类电池直接以富锂化合物(如LiCoO:等)作为阴极，贫锂化合物(如Mo42、 W02等)作为阳极构成"摇椅式电池"，最初整个电池处于放电状态，经过一个充电过程后，电池就处于荷电状态。这些体系依然存在比能量低的问题，但在解决安全性，循环效率方面取得了显著进步。

1991年日本索尼公司率先推出实用型摇椅式电池，并称之为"锂离子电池"。其原理如图1.1所示。

图1.1.锂离子电池原理示意图
Fig. 1 .1 Principle of Rechargeable Li-ion Batteries
在这类电池中，充放电过程为锂离子在正负极的嵌入/脱出反应，也可以看作是锂离子在正负两极之间来回迁移，因此又称之为锂离子电池.该电池即克服了二次锂电池的缺点，同时又较好地保持了其优点，随即成为锂二次电池研究的热点。
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