Li-ion Battery 第四章 锂离子电池基本结构 一、锂离子电池的组成 正极 LiCoO2 、 LiNiO2 、 LiMn2O4 等 电池组成 负极 人造石墨系列、天然石墨系列、 人造石墨系列、天然石墨系列、 焦炭系列等 电解质 有机溶剂电解质（液态） 有机溶剂电解质（液态） 聚合物电解质（固态、凝胶） 聚合物电解质（固态、凝胶） 正极 采用锂化合物（LiCoO2 / LiNiO2 / LiMn2O4 /LiFePO4 等)； 负极 采用石墨层间化合物LiXC6； 隔膜 聚烯烃微孔膜(PE / PP)； 电解液 锂盐的有机溶液（LiPF6+PC /EC/DMC) 外壳五金件 铝/钢壳、盖板、极耳、绝缘片 锂离子电池结构示意图 1扬州交通标志牌、锂离子电池结构——正极 、锂离子电池结构 正极 组 （1）正极物质：活性物质、导电剂（碳黑）、黏结剂 成 （2）正极集流体：Al箔 （3）正极极耳：Al带 正极物质： 碳黑 PVDF 正极集流体： 箔（ 20?m 正极极耳： 带（ 0.1mm ） 2、锂离子电池结构——负极 、锂离子电池结构 负极 组 （1）负极物质：活性物质、黏结剂 成 （2）负极集流体：Cu箔 （3）负极极耳：Ni带 负极极耳： 带 0.07mm 负极集流体： 箔 15?m 负极物质： +PVDF 3、锂离子电池结构——隔膜 、锂离子电池结构 隔膜 材质：单层PE（聚乙烯） 材质 或三层复合PP（聚丙烯）+PE + PP 厚度：单层一般为16～20?m 厚度 三层一般为20～25?m 4、锂离子电池结构——电解液 、锂离子电池结构 电解液 组成： 组成： 锂盐（LiPF6 浓度1mol/L）+ 有机溶剂（PC:EC:DMC=1:1:1） 性质： 性质 无色透明液体，具有较强吸湿性。 应用： 应用 只能在干燥环境下使用（如真空 干燥的手套箱，环境水分小于20ppm）。 二、锂离子电池对正、负极材料的要求 锂离子电池对正、 (1) 具有稳定的层状或隧道的晶体结构 (2) 具有较高的比容量 (3) 有平稳的电压平台 (4) 正、负极材料具有高的电位差 (5) 具有较高的离子和电子扩散系数 (6) 环境友好 三、锂离子电池正极材料研究现状 大多数可作为锂离子电池的活性正极材料是含锂的过渡 金属化合物，而且以氧化物为主。 目前已用于锂离子电池规 模生产的正极材料为LiCoO2。 材料 名称 LiCoO2 LiNiO2 LiMn2O4 理论 比容量 274 mAh/g 274 mAh/g 148 mAh/g 实际 电位 性价 特 点 比容量 平台 比 140 3.7V 3 性能稳定，高比容量， 性能稳定，高比容量， /g 4V 2 1 高比容量， 高比容量，价格较低 热稳定性较差， 热稳定性较差， 低成本， 低成本，高温循环和 存放性能较差 120 4.2V mAh/g 1 LiCoO2正极材料 具有层状结构，理论容量274 mAh/g，实际容量140mAh/g 充放电过程中，层状结构易转化为尖晶石结构，高温循环性 能差。 改性方法：掺杂（物理方法）、包覆（化学方法） -------稳定结构，太阳能锂电池提高放电容量和循环性能 制备方法：高温固相法、溶胶-凝胶法、水热法。 2 LiNiO2正极材料 具有层状结构，理论容量274 mAh/g，实际容量170mAh/g 无过充电现象，且具有价廉、无毒等优点。 热稳定性差，分解温度低，影响其循环性能，且完全纯 相的LiNiO2还未合成出。 解决途径：采用溶胶-凝胶法、掺杂、包覆 -----稳定结构，提高循环性能 3 LiMn2O4正极材料 具有尖晶石结构，理论比容量148 mAh/g，实际比容量 120 mAh/g。 制约其商品化的瓶颈：高温性能差，容量衰减快。 ------充放电过程中，尖晶石结构发生变化 解决途径：掺杂、包覆、采用LiBOB代替LiPF6 4 LiFePO4正极材料 具有橄榄石型结构，具有层状结构，理论容量274mAh/g， 实际容量170mAh/g，原料资源丰富，太阳能锂电池价格低廉，且无毒对 环境友好。 离子和电子电导率低，太阳能锂电池大电流放电性能不好。 解决途径：加入导电性物质、掺杂、包覆。 层状结构材料（ 层状结构材料（ LiCoO2、 LiNiO2等） 尖晶石结构材料LiMn2O4 尖晶石结构材料 Mn2O4构成的尖晶石基本框架 动力电池正极材料LiFePO4 动力电池正极材料LiFePO
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