文本描述
第7章 锂离子动力电池
7.1 概述
7.2 锂离子动力电池的工作原理
7.3正极材料 7.4 负极材料
7.5 锂离子电池的失效机理
7.6 锂离子动力电池的性能 7.7 锂离子动力电池的应用
7.1 概述
据统计，到2008年，国际锂离子电池产量已经达到16亿只，从图7-1中可以看到锂离子电池逐年增长的幅度。
7.2 锂离子动力电池的工作原理
图7-2是钴酸锂锂离子电池工作原理图，其他类型锂离子电池与此类似。
7.3正极材料-层状混合物
层状正极材料中研究比较成熟的是钴酸锂（LiCoO2）和镍酸锂（LiNiO2）。层状LiNiO2的结构示意图如图7-3所示。
7.3正极材料-尖晶石型结构
图7-4 是尖晶石型LiMn2O4的结构示意图
7.3正极材料-尖晶石型结构
目前，锰酸锂锂离子电池已经大量应用在示范运营的电动汽车上。2008年北京奥运期间运行的纯电动客车、2010年上海世博会的部分电动客车就采用了单体90A·h的锰酸锂锂离子电池。日产公司推出的Leaf纯电动汽车、三菱公司推出的iMiEV纯电动汽车（见图7-5）也均采用了该类型锂离子动力电池。
7.3正极材料-橄榄石型结构
LiFePO4在自然界以磷铁锂矿的形式存在，属于橄榄石型结构（其结构见图7-6）。
7.3正极材料-锂离子电池正极材料的纳米化
正极材料的纳米化可改善锂离子电池的电化学性能，尤其是快速充放电性能，是锂离子电池正极材料的重要发展方向之一。人们用各种方法，制备了多种形态的纳米正极材料，如多孔结构的LiCoO2纳米花球、LiNiO2纳米球、LiMn2O4纳米颗粒组成的薄膜和LiFePO4纳米多面体等。
7.3正极材料-锂离子电池正极材料的纳米化
正极材料的纳米化可改善锂离子电池的电化学性能，尤其是快速充放电性能，是锂离子电池正极材料的重要发展方向之一。人们用各种方法，制备了多种形态的纳米正极材料，如多孔结构的LiCoO2纳米花球、LiNiO2纳米球、LiMn2O4纳米颗粒组成的薄膜和LiFePO4纳米多面体等。
7.4 负极材料
负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。比容量高、容量衰减率小、安全性能好是对负极材料的基本要求。目前，应用的负极材料如图7-7所示。
7.4 负极材料-碳材料
碳材料是目前商品化的锂离子电池应用最为广泛的负极材料。碳负极材料包括石墨、无定型炭，其中石墨又分为天然石墨、人造石墨和石墨化炭；无定型碳分为硬炭和软炭。石墨是锂离子电池碳材料中应用最早、研究最多的一种，其具有完整的层状晶体结构，石墨晶体的片层结构中碳原子許P2杂化方式结合成六角网状平面，理想石墨的层间距为03354nm，层与层之间以范德华力结合。石墨的层状结构，有利于锂离子的脱嵌，能与锂形成锂石墨层间化合物，其理论最大放电容量为372mA·h/g，充放电效率通常在90%以上。锂在石墨中的脱/嵌反应主要发生在0～025V之间(相对于Li/Li+)，具有良好的充放电电压平台，与提供锂源的正极材料匹配性较好，所组成的电池平均输出电压高，是一种性能较好的锂离子电池负极材料。
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