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锂离子电池的性能分析及优化随着科技的发展，电力需求不断提升，而针对这一需求，锂离子电池成为了目前最流行、最受欢迎的电池类型之一。
锂离子电池在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域均得到广泛应用。
本文将从锂离子电池的性能分析和优化两方面展开，探讨如何提升其应用效率和普及程度。
一、性能分析1.1 能量密度能量密度是锂离子电池的一个重要性能指标，它通常被定义为电池单位体积（或单位质量）存储的能量。
目前锂离子电池的能量密度越来越高，已经达到了每千克350-400瓦时的水平，但与此同时，电池的体积和重量也在不断增加。
为此，提升锂离子电池的能量密度是目前亟待解决的问题之一。
1.2 充放电速率充放电速率是另一个重要的性能指标。
它通常被定义为电池在一定时间内放出的电荷量与总电荷容量的比率。
目前锂离子电池的充放电速率已经达到了5C，但在高速率下，电池的容量和寿命受到了严重的影响。
因此，在提升锂离子电池时要综合考虑能量密度和充放电速率的平衡问题。
1.3 循环寿命循环寿命是指电池在指定条件下，能够完成多少次充电和放电循环，通常以容量保持率降至原容量的80%或使用时间超过三年为终点。
目前锂离子电池的循环寿命都已经超过了500次，但在长时间使用后，电池容量减小的速度会不断加快，因此循环寿命的提升也是锂离子电池研发的重点。
二、优化方案2.1 电解液优化电解液是锂离子电池的重要组成部分，直接影响着电池的性能。
目前，研发人员主要通过改变电解液中的添加剂来提升锂离子电池的性能。
例如，氟化物添加剂可以提高锂离子电池在低温环境下的性能，硫化物添加剂可以提高电池的放电速率和循环寿命。
2.2 电极材料优化锂离子电池的电极材料主要由正极材料和负极材料两部分组成。
目前，研发人员主要通过改变电极材料的化学成分和微结构来提升锂离子电池的性能。
例如，采用新型的材料如硅基负极材料可以提高电池的能量密度，使用镁、铝等金属元素控制正极材料中的晶格结构可以提高其电池的循环寿命。
锂离子电池中材料的电化学性能改进锂离子电池是目前最常用的可充电电池之一，广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
然而，随着电子设备的不断发展和电动汽车的普及，对锂离子电池的性能要求也越来越高。
因此，改进锂离子电池中材料的电化学性能成为了一个重要的研究方向。
首先，锂离子电池的正极材料对电池性能起着至关重要的作用。
传统的锂离子电池正极材料是由锂钴酸锂、锂镍酸锂等过渡金属氧化物组成的。
然而，这些材料存在着容量衰减快、循环寿命短等问题。
为了改进这些问题，研究人员开始寻找新型的正极材料。
一种被广泛研究的新型正极材料是锂铁磷酸锂（LiFePO4）。
锂铁磷酸锂具有较高的理论容量、较低的价格和良好的安全性能，成为了锂离子电池正极材料的研究热点。
然而，锂铁磷酸锂的导电性较差，限制了电池的放电性能。
为了改善锂铁磷酸锂的导电性，研究人员采用了一系列方法，如碳包覆、杂质掺杂等。
这些改进方法有效地提高了锂铁磷酸锂的导电性能，进一步提升了锂离子电池的性能。
除了正极材料，锂离子电池的负极材料也是影响电池性能的重要因素之一。
传统的锂离子电池负极材料是石墨，具有较高的比容量和较长的循环寿命。
然而，石墨负极存在着容量限制和安全隐患等问题。
因此，研究人员开始探索新型负极材料。
一种被广泛研究的新型负极材料是硅基材料，如硅纳米颗粒、硅纳米线等。
硅具有较高的比容量，可以实现更高的储能密度。
然而，硅的体积膨胀问题限制了其在锂离子电池中的应用。
为了解决这个问题，研究人员采用了一系列方法，如纳米结构设计、包覆材料等。
这些改进方法有效地抑制了硅的体积膨胀，提高了锂离子电池的循环寿命和容量。
此外，电解液也是锂离子电池中至关重要的组成部分。
传统的电解液是由有机溶剂和锂盐组成的。
然而，有机溶剂具有较高的挥发性和易燃性，存在着安全隐患。
为了改善这些问题，研究人员开始寻找新型的电解液。
一种被广泛研究的新型电解液是固态电解质。
固态电解质具有较高的离子导电性和较低的挥发性，可以提高电池的安全性能。
锂离子动力电池电性能检测结果的影响因素摘要：锂离子电池是新能源汽车和能量储存技术的重要组成部分，同时也是驱动电力生产和能源结构转变的重要力量。
目前，锂离子动力电池的电气性能测试主要是由各种外部环境、仪器、样品、测试方法等因素决定的。
本文重点对锂离子电池的电气特性进行了分析，并对其进行了改进。
关键词：锂离子动力电池电性能检测引言自2009年起，世界新能源汽车市场迅速发展，中国的新能源汽车市场出现了爆炸式的发展。
根据数据，新能源汽车在2017年的销量为77,000台，同比增加53.3%。
新能源汽车以锂离子电池为主导，其总装机容量不断增长。
新能源汽车与蓄电池系统的研发周期显著缩短，很多动力电池厂商，如 CATL、电池组等，均采取 V形研发方式，从系统的结构设计到材料的设计，各个环节都要经过测试与确认，验证的正确性直接影响到整个研发过程和所需的资源。
另外，新能源汽车产品进入市场后，需满足《新能源汽车产品专项检测项目及依据标准》要求，且需经第三方检验机构检验，并出具合格评定报告[1]。
一．锂离子动力电池电性能检测概述根据国家、地区和组织对动力电池标准的划分，主要分为国家标准、地方标准、联合国标准和ISO标准。
动力电池的性能主要包括：电气性能、环境性能、机械安全性能。
其电气性能主要包括循环、低温、倍率、能量密度等。
环境特性主要有：湿热循环，温度冲击，盐雾，加热，外部火灾等.机械安全性包括挤压，掉落，旋转等。
二．锂离子动力电池电性能检测结果的影响因素分析2.1检测样品状态锂离子电池的电池组、高压线束等因素对电池组的电学特性和能量密度有很大的影响。
所以，选择合适的锂离子动力电池的电芯和固定导线将直接影响到电池的正极和负极间的短路以及电池的电学特性[2]。
结果表明，全壳圆筒型电芯的恒电流放电能力是4.6 Ah，而劣质电芯的恒电流放电能力是4.4 Ah，并且更易发生正、负极短路。
2.2检测方法的选择动力电池的电学特性检测通常使用专门的充放电装置，它具备恒流充放电、恒功率充放电、恒压充放电、充放电等特性，能够实时地进行数据的采集和绘制。
锂离子电池安全性研究及影响因素分析一、本文概述随着科技的快速发展和全球能源结构的逐步转型，锂离子电池作为一种高效、环保的能源存储技术，已经广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天、储能电站等多个领域。
然而，随着锂离子电池应用范围的扩大，其安全性问题也日益凸显。
电池热失控、燃烧甚至爆炸等安全事故不仅会造成巨大的财产损失，还可能威胁到人们的生命安全。
因此，对锂离子电池的安全性进行深入研究和影响因素分析，对于保障其安全应用具有重要意义。
本文旨在全面综述锂离子电池安全性的研究现状，分析影响电池安全性的主要因素，包括电池材料、制造工艺、使用条件等，并探讨提高锂离子电池安全性的有效方法和未来发展方向。
通过本文的阐述，希望能够为锂离子电池的安全应用提供理论支撑和实践指导，促进锂离子电池技术的健康、可持续发展。
二、锂离子电池的基本原理与结构锂离子电池，作为现代电化学储能技术的核心，其基本原理和结构是理解其安全性和性能的关键。
锂离子电池是一种通过锂离子在正负极之间移动实现能量存储和释放的二次电池。
其结构主要由正极、负极、隔膜和电解液四个部分组成。
正极是锂离子电池的重要组成部分，通常采用具有高嵌脱锂电位的材料，如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。
正极材料的性能直接影响电池的能量密度和安全性。
负极材料则通常采用具有低嵌脱锂电位的碳材料，如石墨、硅碳复合材料等。
负极的主要作用是储存和释放锂离子，其结构和性能对电池的循环寿命和安全性具有重要影响。
隔膜位于正负极之间，是防止电池内部短路的关键组件。
隔膜通常由聚烯烃等多孔材料制成，具有良好的离子通透性和机械强度。
电解液则是锂离子电池中的重要组成部分，通常由有机溶剂和锂盐组成，其主要作用是传导锂离子，实现正负极之间的电荷转移。
锂离子电池的工作原理是在充放电过程中，锂离子在正负极之间移动，实现化学能与电能之间的转换。
充电时，锂离子从正极脱嵌，穿过隔膜，嵌入负极；放电时，锂离子从负极脱嵌，穿过隔膜，嵌入正极。
锂离子电池材料的研究与改进锂离子电池是目前最常用的可充电电池之一，广泛应用于移动通信、电动汽车、储能系统等领域。
它具有高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点，但同时也存在着一些问题，如容量衰减、安全性和环境污染等。
在锂离子电池的研究与改进中，材料是关键因素之一。
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜等组成。
正极材料决定了电池的能量密度和循环寿命，负极材料则决定了电池的充放电速率和稳定性，而电解液和隔膜则在保证离子传输和防止短路方面发挥着重要作用。
当前较为常用的正极材料主要有钴酸锂、三元材料和锰酸锂等，其中钴酸锂具有较高的能量密度，但成本高且存在资源稀缺的问题；三元材料则在能量密度和循环寿命方面有所提升，但成本仍然较高；锰酸锂具有较低的成本和较好的热稳定性，但能量密度较低。
为了改进锂离子电池的性能，研究人员正在努力开发新的正极材料。
例如，钠离子电池正极材料因其相似的运动特性和较低的成本受到关注，但其能量密度仍然较低，需要进一步提高。
此外，氧化铁、磷酸盐和硫化物等材料也被广泛研究，以期在能量密度和循环寿命方面的改进。
负极材料的研究也十分重要。
传统的石墨材料在电池性能中起到了重要作用，但其能量密度较低，而且在高倍率充放电时容易发生锂金属堆积，引发安全隐患。
近年来，硅基材料因其较高的理论容量和丰富的资源受到研究人员的青睐，但其体积膨胀和容量衰减问题仍然需要解决。
研究人员正在探索新的负极材料，如锡酸锂和磷化铁等，以期在容量和循环寿命方面的提升。
除了正负极材料的研究外，锂离子电池的电解液和隔膜也是关注的焦点。
传统的有机电解液具有较高的离子传导性能，但其挥发性和燃烧性带来了安全隐患。
因此，研究人员正在努力开发新的无机电解液和固态电解液，以改善电池的安全性。
隔膜则在离子传输和阻止电荷传导方面起到关键作用，为了提高电池的性能，研究人员正在开发更高的离子传输率和更好的安全性能的隔膜材料。
总而言之，锂离子电池材料的研究与改进是提高电池性能的关键。
锂离子电池安全性及影响因素分析
锂离子电池的安全性受多种因素影响。
首先，电池的设计和制造质量是影响安全性的重要
因素。
不良的设计或制造工艺可能导致电池内部短路或热失控，从而引发安全事故。
其次，外部环境的影响也会对锂离子电池的安全性产生影响。
例如，在高温环境下，锂离子电池
容易发生热失控，导致发生灾难性的事故。
此外，使用过程中的不当操作也可能引发安全
隐患，如过充电、过放电以及外部短路等。
为了提高锂离子电池的安全性，厂商和用户都需要注意以下几点。
首先，厂商应加强对电
池设计和制造工艺的质量控制，确保产品质量符合安全标准。
其次，用户在使用电子设备
时应遵守相关使用说明，避免在不当环境下使用电池，如高温环境下充电或插入不合适的
充电器。
总之，锂离子电池的安全性受多种因素影响，包括设计和制造质量、外部环境和使用过程
中的操作。
厂商和用户都需要共同努力，提高锂离子电池的安全性，以确保其在使用过程
中不会产生安全隐患。
抱歉，我无法满足你的要求。
锂离子电池失效机制及其防治研究随着电动汽车和轻量化设备的崛起，锂离子电池逐渐成为主流的能量储存装置。
然而，锂离子电池的失效机制早已为人所知，这是制约其性能和寿命的关键因素。
本文将探讨锂离子电池失效的原因及其相应的防治研究。
一、锂离子电池的失效机制锂离子电池的失效是由于电解液、电极材料、外部条件等因素的综合作用而发生的。
具体地说，以下五个因素对锂离子电池的失效有着直接或间接的影响。
1.内部堆积内部堆积是由于电池循环过程中，不完全的电子转移所引起的离子堵塞和积累。
这些积累物会导致电池容量的减少，电池的内阻增大，从而使得电池的性能和寿命受到限制。
2.电极腐蚀电极材料的氧化、还原反应会导致电极腐蚀和材料的自然磨损。
由于电极材料的损耗和失效，电池的容量和能量密度会减少。
3.电解液耗损由于电解液的和电极介质的反应，锂离子电池的电解液也会逐渐失效和折旧。
这种耗损导致电池内部有机物质的腐烂，从而影响电池的性能。
4.结构问题电池的结构问题也是一个重要的因素。
退火、组装等过程中，电池的物理结构可能会受到损伤，从而引起电池失效。
此外，电池的设计或制造上的问题，也很容易导致电池的结构问题。
5.外部环境温度、压力等外部环境因素会影响电池的性能和寿命。
高温会促进电极腐蚀和内部堆积的发生。
过低的温度不利于电池的充放电，压力异常也可能会导致电池的损坏。
二、防治措施为了减少锂离子电池的失效，需要采取一定的防治措施。
这些措施可以从以下几个方面入手。
1.材料的改进改进电解液、正负极材料的化学组成和分子结构，可以降低电池的损伤程度和节省电池的功率。
例如，使用氧化钛替代锂铁磷酸盐作为正极材料，可以提高电池的性能和寿命。
2.设计优化将劣质材料和不合适的工艺加工避免进入充电池组装过程中，可以最大限度地减少电池结构问题带来的损伤。
3.管理系统优化电池管理系统的控制方式和算法，可以控制充电参数和放电参数。
这样可以延长电池的寿命，减少电池的内部堆积和电极腐蚀。
高温环境下锂离子电池性能衰减机理分析高温环境对锂离子电池的性能是有较大影响的，会导致电池的容量衰减、循环稳定性下降等问题。
本文将从电池材料、电极界面稳定性、电解液和电池发热等几个方面分析高温环境下锂离子电池性能衰减的机理。
一、电池材料在高温环境下，电池正负极材料的晶格结构会发生变化，导致容量下降。
首先，正极材料的晶格结构会变得不稳定，活性物质与电解液中的锂离子反应形成稳定化合物。
这会导致电池容量的衰减，因为越多的活性物质与锂离子反应，就会造成更多的锂离子损耗。
同时，锂离子在高温下更容易扩散，容易导致材料结构的变化，进一步影响电池性能。
二、电极界面稳定性在高温环境下，电极界面稳定性会下降，导致电池的循环稳定性降低。
电极界面稳定性受到电解液中的添加剂和锂盐种类的影响。
在高温下，电解液中的添加剂会分解、挥发，导致锂盐浓度不稳定，影响电池的充放电性能。
此外，高温环境下电极与电解液的接触界面会发生变化，增大了电极和电解液之间的电荷传输阻力，进一步影响电池的性能。
三、电解液电解液中的溶剂和溶质也会受到高温的影响，导致电解液的性能下降。
首先，高温会使溶剂和溶质的分子运动加快，导致电解液中的溶剂和溶质的分解和挥发速度加快，这会导致电解液中锂盐浓度的不稳定，进一步影响电池性能。
此外，高温环境下电解液的粘度下降，电荷传输速率加快，导致锂离子迁移速率加快，进一步影响电池的性能。
四、电池发热在高温环境下，锂离子电池容易发生过热现象，进一步加速电池的衰减。
锂离子电池的充放电过程会产生大量的热量，当高温环境下电池散热不良时，热量会积聚在电池内部，导致电池过热。
过高的温度会加速电解液中有机溶剂的挥发，导致电解液中锂盐浓度的不稳定，进一步加剧电池的性能衰减。
综上所述，高温环境下锂离子电池性能衰减的机理是多方面的，包括电池材料的晶格结构改变、电极界面稳定性下降、电解液中锂盐浓度不稳定、电解液性能下降以及电池发热等因素。
针对这些问题，可以通过优化电池材料、设计更稳定的电极界面、改进电解液配方以及优化散热系统等方式来提高锂离子电池在高温环境下的性能和循环稳定性。
锂离子电池正极材料的研究及其性能优化随着人们对环保意识的不断提高，电动汽车、能源存储以及便携式电子设备等需求愈发增长，锂离子电池作为一种高能量密度、轻量化、环保的电池类型备受瞩目。
而锂离子电池的性能，尤其是其正极材料的性能，是影响整个电池性能的关键因素。
本文将从锂离子电池正极材料的基础结构入手，通过对正极材料的组成元素以及内部作用机制的探究，分析其性能特点，并结合当前的研究进展，探讨锂离子电池正极材料的性能优化方向。
一、锂离子电池正极材料的基础结构锂离子电池是一种以锂离子在电解液中的扩散为工作原理的电池。
正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一，其主要作用是存储锂离子和提供电子传导。
正极材料的基础结构一般由三个部分组成：金属氧酸化物、导电剂和粘结剂。
其中，金属氧酸化物是正极材料的主要成分，占正极材料的大部分重量，其在电池中起到存储锂离子的作用。
导电剂主要是为了提高正极材料的导电性，增加正极材料对锂离子的传导和储存能力，减小电极极化和电池内阻。
而粘结剂则是为了保证正极材料的结构牢固稳定，能够经受反复的充放电循环。
二、锂离子电池正极材料的组成元素及其作用机制1. 金属氧酸化物目前市场上主要使用的锂离子电池正极材料主要有三种金属氧酸化物：三元材料（如LiCoO2、LiMn2O4等）、锰酸锂材料（如LiMnO2）和钴酸锂材料（如LiFePO4）。
三元材料是较早研究和应用的正极材料之一，其磷酸根结构稳定，特别是在高温下稳定性好，同时其储能能力和功率密度优秀。
但是其中的钴含量高，钴资源稀缺，同时钴价格昂贵，因此其成本较高。
锰酸锂材料具有环保、价格低廉和锂离子传输速度快等优点，同时其钠离子掺杂还可提高其稳定性和循环寿命。
但是锰酸锂材料的能量密度较低，且容量随循环次数的增加而逐渐减小。
钴酸锂材料被认为是一种具有高安全性、优异的循环性能以及适合大电流放电的正极材料。
该材料的选择主要基于其晶体结构的稳定性和高的电子导电率。
锂离子电池安全性能测试及其影响因素分析摘要：随着新技术的开发和提高，锂离子电池在国内外的使用也越来越普遍，如汽车，电动自行车，电源设备等。
由于锂电池的应用日益普遍，在应用过程中出现的爆炸、自燃等重大安全事故也相应增加。
所以，必须要做好对锂离子电池安全的检测与评估工作，要和锂离子电池所使用的实际状况相结合，并建立出一个科学合理的检测与评估办法，以便于把重大安全事故的风险减至最小化。
关键字：锂离子电池；安全性能测试；影响因素随着时间的推移，国家经济利益的增加，有关部门对锂离子电池的关注也越来越多。
但是，为了确保锂离子电池的安全性，需要采用陶瓷涂层对其进行覆盖，这样就可以避免在锂离子电池应用过程中产生的问题。
但是，大量使用陶瓷涂层隔膜的公司还很少，很难提高锂离子电池的安全性，因此，这种应用方式还需进一步研究，以使锂离子电池安全的核心性能体现出来。
1锂离子电池安全性测试1.1短路试验举例来说，在60Ah公三原材料电池模块短路测试的流程中，满电态系统的最大电流约为20.4V，而热短路器电阻则为3mΩ，在实际试验中，短路流程中的瞬时最低电流大约为3293A，热电池的持续最高释能电流则约为3000A，而在此时，锂离子脱嵌电池内部就会产生巨大的热量，电池的工作温度在持续提高中，在如此高温条件下，热电池内还会产生正负两极材料、电解质溶液中的放热反应和产气反应。
电池完全蒸发后，电解液和可燃体会一起冲破电池壳层，弥散在附近空气中，当形成高温气体时，就会产生闪点非常低的流线型碳酸酯，从而引起电池内部起火，还可能由于短路而发生电池外壳起火的现象。
1.2过充测试当电压靠近4.8V时，电池的表面温度逐渐增大。
在实验中，缠绕式软包装的电池先是发生了胀气鼓包现象，并于25分钟后完全着火了。
叠片式软包电池在实验时也发生了胀气鼓包的现象，最大工作温度达到96℃。
不过，由于18650形钢壳电池自身的安全阀的功能，在电解液分解后形成的气体温度超过内部耐压下限值的时候，安全阀就将自行开启，由此使得其自身的工作温度大大地降低，最大工作温度达到了70℃，而且也不会产生明显的胀气和漏液情况。
云南大学学报(自然科学版),2007,29(S1):237～242CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversityΞ锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究王晋鹏,胡欲立(西北工业大学航海学院,陕西西安 710072)摘要:如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题.介绍分析了影响锂离子电池性能的几种因素,讨论了几种改善锂离子电池性能的方法,有助于采取相应措施来提高锂离子电池的性能.关键词:锂离子电池;性能;影响因素;改进方法中图分类号:TM912.9 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2007)S1-0237-06 锂离子电池是继镍氢电池之后的新一代绿色高能可充电电池,具有电压高、体积小、比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应、无污染等突出优点,近10a来得到了飞速的发展,已在二次电池市场中与镍镉电池,镍氢电池呈三足鼎立之势,并且其市场份额仍在不断扩大.锂离子电池以其卓越的性价比优势在笔记本电脑、移动电话、武器装备等领域占据了主导地位,被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高科技产品[1].随着锂离子电池在各个领域的大量应用,对锂离子电池的性能要求越来越高,如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题[2].影响锂离子电池性能的因素是多种多样的,本文分析介绍了影响锂离子电池性能的主要因素,并介绍了改善锂离子电池性能的几种方法.1 影响锂离子电池性能的主要因素影响锂离子电池性能的主要因素包括:正负极材料的选择、电解质的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸.1.1 正极材料的选择 正极材料是锂离子电池中Li+的“贮存库”.在充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,放电时锂离子从负极脱出插入正极材料中.作为锂离子电池正极材料要求具有以下性能[3]:(1)具有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高;(2)电极中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量;(3)在整个嵌入/脱嵌过程中,锂的嵌入和脱嵌应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能;(4)氧化还原电位的变化应尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持平稳的充电和放电;(5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,并能进行大电流充放电;(6)电极在整个电压范围内化学稳定性好,不与电解质等发生反应;(7)锂离子在电极材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;(8)具有良好的热稳定性;(9)从实用角度而言,电极材料应该便宜,对环境无污染.理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料都可用作锂离子电池的正极材料,但由于制备工艺上存在困难,目前所应用的正极材料仍然是钴、镍、锰、钒和铁的氧化物,如:LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4Ξ收稿日期:2007-03-20 作者简介:王晋鹏(1982- ),男,山西人,硕士生,主要从事锂离子电池的热分析方面的研究.等.LiCoO2由于制备工艺简单、电性能良好而开发较早,因此商品化也较早,用于4V电池,其理论容量为274mA・h/g,实际容量可达140mA・h/ g[4].与此同时LiCoO2作为锂离子电池的正极材料也有一定的缺点:首先,在充放电的过程中,Li+反复嵌入与脱出会造成LiCoO2的结构在多次收缩和膨胀后发生3方晶系到单斜晶系的相变,同时还会导致LiCoO2发生粒间松动而脱落,使内阻增大,容量减少;其次,由于钴的自然资源有限,价格昂贵从而使LiCoO2材料及其电池的推广受到了限制[5].LiNiO2的理论容量为274mA・h/g,实际容量已达190～210mA・h/g.由于镍的储量丰富,自放电低,且从结构上看LiNiO2和LiCoO2同属α-NaFeO2型结构,取代容易,因此LiNiO2成为可替代LiCoO2的最有前景的正极材料之一[6].但LiNiO2的制备条件要求很高.研究结果显示在制备LiNiO2的过程中,容易产生含镍量高、非化学计量的LiNi1-x O2.由于镍容易产生位错而影响材料的容量和稳定性能[5].LiMn2O4耐过充电、安全性能好,但循环性能差、高温(55℃以上)容量衰减快,理论比容量相对较低(148mA・h/g),难以制得纯净的单相产物[5].LiFePO4在自然界中以磷铁锂矿的形式存在,为橄榄石行结构,其比容量为170mA・h/g具有良好的热稳定性,对于非常规条件下使用,具有更强的忍耐力[5].随着研究的不断深入,又出现了一些新型的正极材料,其中有机二硫及多硫化物是最具有发展前景的正极材料.聚合物硫化是制备导电高分子和锂离子电池多硫化物有效且简便的方法[7].二巯基噻二唑(DMc T)是有机硫化物中作为锂离子电池正极活性物质的较好材料.用DMc T/ Pan(聚苯胺)复合材料作为锂离子电池的正极材料,其比容量可达357mA・h/g,但循环性能差[8].以聚丙烯腈为前驱体,用单质硫在300℃下进行硫化所得产物具有超过600mA・h/g的高容量和良好的循环性[9],这是一种非常有前途的锂离子电池正极材料.1.2 负极材料的选择 作为锂离子电池的负极材料应该具有以下性能:(1)锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属的电位,从而使电池的输出电压高;(2)在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度;(3)在这个插入/脱插过程中,锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能;(4)氧化还原电位的变化应该尽可能小,这样电池可保持较平稳的充电和放电;(5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化并能进行大电流充放电;(6)具有良好的表面结构,能够与电解质形成良好的SEI膜;(7)具有良好的化学稳定性,在形成SEI膜后不与电解质等发生反应;(8)锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;(9)具有良好的热稳定性.目前,已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料,如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等.正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基材料、硅基材料、纳米负极材料以及其他的一些金属化合物等.石墨材料导电性好,结晶度较高,具有良好的层状结构,适合锂的嵌入-脱嵌,充放电比容量可达300mA・h/g以上,充放电效率在90%以上,不可逆容量低于50mA・h/g,具有良好的充放电电位平台,是目前锂离子电池应用最多的负极材料.软碳(即易石墨化碳)与电解液的相容性好,但首次充放电的不可逆容量较高,输出电压较低,无明显的充放电平台电位[10].硬碳(即难石墨化碳)具有比容量高,循环性能好等特点,但硬碳材料所存在的电极电位过高,电位滞后以及不可逆容量大等缺点影响了硬碳材料的实用化进程[11].锡基材料作为锂离子电池的负极材料,具有较高的可逆容量.但Li-Sn合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化,容易引起合金的机械分裂832云南大学学报(自然科学版) 第29卷(产生裂缝和粉化),最后导致电极失效,因此锡基负极材料还未能进入商业化生产[12].单质硅负极材料由于在循环过程中存在较大的体积变化,因此单质硅的纳米化一直是研究的主要方面,厚度为纳米尺度的硅膜能获得大于3500 mA・h/g的放电容量,也能保持很好的循环性能,很有希望应用于微型锂离子电池.硅-金属合金负极材料能在一定程度上抑制硅粒子的体积变化,在获得高容量的同时获得较好的循环性能[13,14].1.3 电解质的选择1.3.1 电解质锂盐的选择 电解质锂盐是锂离子电池的重要组成部分,对锂离子电池的性能有着极其重要的影响.作为锂离子电池的电解质锂盐应满足以下要求:(1)易溶于有机溶剂,易于解离,以保证电解液有较好的电导率;(2)具有较好的氧化稳定性;(3)具有一定的还原稳定性,还原产物有利于电极SEI膜性能的改善;(4)具有较好的环境友好性,分解产物对环境影响小;(5)易于制备和纯化,价格较便宜.锂离子电池电解质锂盐按阴离子种类的不同,可以分为无机阴离子锂盐和有机阴离子锂盐两大类.无机阴离子锂盐主要包括:LiClO4、LiBF4、LiAsF6和LiPF6等,有机阴离子锂盐包括LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2及它们的衍生物等.在这些电解质锂盐中LiClO4是研究时间最长的锂盐,制成的电解液电导率和电化学稳定性良好,但LiClO4是一种强氧化剂,容易引起电池爆炸,安全性差;LiBF4价格便宜,但它的热稳定性差,氧化电位相对较低,对电池的循环寿命不利;LiAsF6对碳负极电化学性能最好,但环境污染严重;LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2的稳定性好,离子半径大,具有相当高的离子电导率,但它们腐蚀铝,因此不能用于以铝做阴极集流体的锂离子电池;LiPF6是目前应用范围最广的锂盐,它具有良好的离子电导率和电化学稳定性,对生态环境影响小,但抗热性和抗水解性较差[15～17].LiBOB是目前受到关注最多的一种新型电解质锂盐,它具有2个区别于传统锂盐的特点:①可以在PC中稳定石墨负极;②有较好的高温稳定性,但同时还存在一些问题需要解决,包括:合成和提纯的方法较复杂,溶解度和电导率较低等等[18,19].1.3.2 溶剂的选择 作为锂离子电池的电解液溶剂应满足以下要求:(1)电解质锂盐在溶剂中要有足够的溶解度和良好的离子解离度,保证电解液体系有较高的电导率;(2)在循环过程中,溶剂分子和导电盐阴离子的还原分解产物能快速形成稳定的SEI膜;(3)具有良好的电化学稳定性和良好的对电极的化学稳定性;(4)安全性好,无污染.目前常用的电解液溶剂包括EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙稀酯)、DMC、DEC以及EMC(碳酸甲乙酯).1.4 隔膜的选择 隔膜是锂离子电池重要的组成部分,其性能的好坏直接影响电池的内阻、放电特性、明显贮存性能、循环寿命、内压等.目前隔膜的主要材料为多孔性聚烯烃.多层隔膜具有一定的强度和较低的自关闭温度,适合作为锂离子电池隔膜[20].1.5 电池的结构 电池的结构和尺寸对电池性能有着直接的影响,合理的结构和尺寸有利于发挥电池的最佳性能.2 锂离子电池性能的改进在影响锂离子电池性能的各种因素中,正负极材料以及电解液的选择对锂离子电池性能的影响最为明显.因此要改善锂离子电池的性能,最主要的就是改善正负极材料以及电解液的性能.2.1 正极材料性能的改善 改善锂离子电池正极材料性能的方法包括:掺杂和包覆.2.1.1 掺杂 在锂离子电池的正极材料中有选择地掺杂一些特定的元素能有效地改善其性能.LiCoO2、LiNiO2以及LiMn2O4是目前研究最多的锂离子电池正极材料,这3种材料相互掺杂合成LiNi x Mn y Co1-x-y O2作为锂离子电池的正极材料是目前的一个研究热点.在LiNiO2中掺杂Co,所得材料在充放电过程中稳定性明显增强,而且充、放电容量在160mA・h/g以上[21].在LiMn2O4932第S1期 王晋鹏等:锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究中掺杂Co得到Li2Co0.4Mn1.6O4,初始放电容量达200～270mA・h/g,而且工作电压提高,但循环充放电容量下降为82～90mA・h/g[22].在LiMn2O4中掺杂Ni后,虽然初始放电容量下降,但循环充放电性能提高,尤其是在3V工作电压平台处电容量的提高较大[23].在这3种材料中掺杂其他元素也是目前的研究热点之一,其中研究的最多的是掺杂稀土元素.邓斌等[24]合成的LiCo0.99RE0.01O2的放电平台比纯相的LiCoO2更稳定,更高,平台的持续时间更长.豆志河等[25]通过固相分段法制备了LiNi0.95 Ce0.05O2.产物的初始放电比容量达到148mA・h/ g,放电平台的平均电位为3.7V,产物具有理想的层状结构和较高的电化学性能.汤昊等[26]人采用流变相反应法合成了掺杂稀土的锂锰尖晶石Li Y x Mn2-x O4(Y代表稀土元素).研究表明,当掺入的稀土元素的含量较低(x≤0.02)时,得到的产物能保持完整的尖晶石结构,使材料的循环稳定性能大幅度提高,并表现出极佳的电化学性能[27]. 2.1.2 包覆 对正极材料进行包覆能在电池储存时起到一定程度的隔离正极材料与电解液的作用,从而避免或减轻正极材料与电解液发生化学作用而导致电池的自放电,因此可以改善正极材料的性能.LiCoO2经纳米级ZrO2颗粒包覆后,虽然初始放电容量没有增加,但是70次循环充放电后,放电容量不衰减;而未包覆的LiCoO2,30次循环充放电后,放电容量保留仅为60%[28].LiAlO2对LiMn2O4进行表面包覆后材料充放电循环500次后容量保持率可达94%,但其初始放电容量有所下降[29].2.2 负极材料性能的改善 目前在锂离子电池中普遍使用的负极材料是碳负极材料.改善碳负极材料性能的方法包括:表面氧化,掺杂以及包覆.2.2.1 表面氧化 对碳负极材料进行表面氧化一方面可以将一些不规则结构除去,另一方面可以形成一些纳米级微孔或通道,这样可以增加锂插入和脱插的通道,同时也可以增加锂的存储位置,有利于可逆插锂容量的提高.吴宇平[30]等用硫酸铈作氧化剂,对天然石墨进行氧化处理,改性后的石墨可逆容量从251mA・h/g增加到340mA・h/g以上.首次充放电效率达80%以上.2.2.2 掺杂 在碳负极材料中有选择地掺入其他非碳元素,可以有效地改变碳电极的嵌锂行为. YU[31]等研究了在石墨表面沉积镍之后的电化学性能,实验结果表明当石墨中含镍的质量分数在10%时,初次充放电的库仑效率由59%上升到84%,可逆容量也提高了30～40mA・h/g.将硼酸溶解与石墨混合烘干,经过热处理之后就可以得到含硼石墨负极材料,其可逆容量可达310mA・h/g,首次库仑效率在90%以上,电极性能得到明显提高[32].2.2.3 包覆 对碳负极材料进行包覆也可以提高碳负极材料的性能.杨瑞枝[33]树脂包覆天然鳞片石墨,进行热处理,实验结果发现,以酚醛树脂含量为9.8%、最高热处理温度为900℃的复合材料的充放电性能最好,初次放电容量为260mA・h/g,初次充放电效率为64.6%,第3次放电容量为214 mA/g,充放电效率为88.7%,包覆后的材料性能得到了很大的提高.T Tanaka[34]包覆石墨,由于银具有良好的导电性能,所以石墨在镀银之后内阻减小,电容量增加,生成的SEI膜更加稳定,循环性能得到改善.2.3 电解液性能的改善 改善电解液性能的主要方法就是加入各种电解液功能添加剂.添加剂对可以从以下几个方面改善电解液的性能:(1)提高SEI膜的稳定性;(2)提高电解液的电导率;(3)改善电池的安全性能;(4)控制电解液中的酸和水的含量等.Y.Ein-Eli[35]发现:使用SO2作为添加剂,有利于在石墨表面形成一层良好的SEI膜,因为SO2发生还原反应的电位2.7V高于电解质溶剂或锂离子的还原电位.D.Aurbach[36]等用电化学方法和谱学方法研究添加剂1,2-亚乙烯碳酸酯(VC),发现VC能够提高电池的循环性能,尤其是提高电池在高温时的循环性能,降低不可逆容量.将Al2O3、MgO、BaO和锂或钙的碳酸盐等作为添加剂加入到电解液中,它们将与电解液中微量的HF发生反应,降低电解液中HF的含量,阻止其对电极的破坏,并抑制LiPF6的分解,提高电解液的稳定性,从而改善电极的性能[37].042云南大学学报(自然科学版) 第29卷3 结 论(1)介绍分析了影响锂离子电池性能的各种因素,这些因素包括:正负极材料的选择、电解液的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸.在这些因素中,正负极材料以及电解液的选择对锂离子电池性能的影响最为明显;(2)介绍了改善锂离子电池性能的几种方法.要改善锂离子电池的性能最主要的就是提高正负极材料以及电解液的性能.改善正极材料性能的方法包括:掺杂以及包覆.改善负极材料性能的方法包括:表面氧化、掺杂以及包覆.改善电解液性能最主要的方法就是加入各种功能添加剂.参考文献:[1] 王新喜,宫志刚,等.锂离子电池的研究进展[J].舰船防化,2005,31(1):15219.[2] 张世超.锂离子电池产业现状与研究开发热点[J].新材料产业,2004,6(1):46252.[3] 吴宇平,戴晓兵,等.锂离子电池-应用与实践[M].北京:化学工业出版社,2004.[4] 刘进,吴绍华,等.锂离子电池正极材料的研究与开发现状[J].云南冶金,2005,34(5):36239.[5] 姜军,项金钟,等.锂离子电池正极材料研究进展[J].云南大学学报:自然科学版,2005,27(5A):6212625.[6] 吕罡,刘心宇,等.锂离子电池正极材料的研究进展[J].电工材料,2006,34(1):30234.[7] 何向明,蒲薇华,等.硫化聚合物锂离子电池正极材料的研究进展[J].功能高分子学报,2005,18(3):5172521.[8] 何向明,蒲薇华,等.锂离子电池富硫聚合物正极材料的研究进展[J].电池,2005,35(4):3172318.[9] WAN G J L,XIE J Y,et al.A novel conductive polymer-sulfur composite cathode material for rechargeablelithium batteries[J].Advanced Materials,2002,14(13214):9632965.[10] 颜剑,苏玉长,等.锂离子电池负极材料的研究进展[J].电池工业,2006,11(4):2772281.[11] 孙颢,蒲薇华,等.锂离子电磁硬碳负极材料研究进展[J].化工新型材料,2005,33(11):7210.[12] 张利华,陈永坤,等.锂离子电池锡基负极材料研究进展[J].云南冶金,2006,35(1):45248.[13] 樊丽萍,王成杨,等.锂离子蓄电池高容量硅基负极材料研究进展[J].电源技术,2005,29(9):6282631.[14] 左朋建,尹鸽平,等.锂离子蓄电池硅基负极材料的研究[J].电源技术,2006,30(4):3342338.[15] 沙顺萍,腾祥国,等.锂离子电池电解质材料研究进展[J].盐湖研究,2005,13(3):67272.[16] 武山,庄全超,等.锂离子电池有机电解液材料研究进展[J].化学研究于应用,2005,17(4):4332438. 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