文 献 综 述

1. 绪论

1745年，普鲁士的克莱斯特利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。这可以算作是历史上有记载的第一个电池。随着科技的不断革新，各式机械的出现，对于便携式的电力需求也越来越大，于是越来越多的人投入到对电池的研究中。特别是二战之后的技术发展迅猛，掌上电脑，手机等设备的出现使得人们的目光逐渐投向了高性能大容量电池。

锂元素的相对原子质量是所有金属元素中最小的，电极电位最低，因而锂电池电压高，比能量大，安全性好等特性。锂电池是由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。但由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，而且锂电池在充放电过程中会产生枝晶锂刺破隔膜而导致短路、漏电甚至发生爆炸；采用铝锂合金可解决枝晶锂的问题，但循环几次后会出现严重的体积膨胀以至粉末化。所以，锂电池一直没有得到发展。而锂离子电池在充放电时锂离子是在阴阳极之间来回迁移，所以锂离子电池通常又称摇椅电池(Rocking chair battery)，又利用具有层状结构的非金属材料如石墨存贮锂以避免枝晶锂的产生，从而大大提高电池使用安全性[1]。并且锂离子电池可以重复使用，故而现在锂离子电池已经成为了主流。

1991年日本的SONY公司首先推出了商业化的锂离子电池，它的出现，使人们的移动电话、笔记本电脑、计算器等携带型电子设备重量和体积大大减小，使用时间大大延长；目前商用锂离子电池的质量比容量大约在80～130mAh#183;g-1，循环寿命可达500～1000次以上，预计到2005年可达160mAh#183;g-1以上[2]。由于锂离子电池中不含有重金属镉，大大减少了对环境的污染。在电动汽车上也有着很好的应用前景，具有超薄、超轻、高能量密度的固态聚合物锂离子电池和塑料锂离子电池也已相继开发出来并走向市场。

2. 锂离子电池工作原理、结构及特点

2.1 锂离子电池工作原理

锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称，正极材料往往是含锂的化合物，负极常为碳素材料。电池工作原理主要是依靠锂离子在正极和负极之间移动，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌，避免的锂的枝晶形成，提高了电池的安全性。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。示意图如下：

图1 锂离子电池工作原理示意图

Fig.1 Working principle of Li-ion battery