1、 摘要 随着 全球经济 的发展，天然气、石油等不可再生 的石化燃料的耗竭越来越 受到 人们的 关注， 同时 室温效应和空气污染也成为全 地球 的问题。 人们 为 了 解决 好 能源 短缺问题、实现 全球 低碳经济， 利用当今 能源技术的发展水平， 重点研发锂电池的使用，锂电池 技术逐渐 变 成 了 全球经济发展的重点方向 。 本文 基于 讲了锂电池使用寿命的影响因素，其中着重描述了锂电池隔膜的 功能图层的影响，以及电池 的生产工艺的 不同和电池负极材料的选择方面的不同对电池的使用寿命的影响 ，通过对 实验测试对得到隔膜的界面差对电池影响 ， 最后对锂电池 成为世界新能源的美好前景进行了预测与展
2、望。 关键字 ：锂电池；负极材料；隔离膜；新能源 ABSTRACT With the development of global economy, petrochemical and natural gas fuel, oil and othernon renewable depletion has been paid more and more attention, At the same time, temperature effect and air pollution has become a global problem. In order to solve the problem
3、of energy shortage and global low carbon economy, the development level of todays energy technology, focus on the use of research and development of lithium batteries, lithium battery technology has gradually become the focusof global economic development. In this paper, factors affecting the servic
4、e life of the lithium battery talk based on, Which focuses on the function of layer lithium battery separator, and the influence of the production process of the battery and battery cathode materials for the different choice of the service life of the battery, The influence on the experimental test
5、of diaphragm interface difference on the battery, the lithium battery has become the worlds new energy prospects are forecasted and prospect. Key words : Lithium ion battery; cathode material; membrane; new energy第一章 锂离子电池概述 . 6 2.1 锂离子电池的定义 . 6 2.1.2 锂电池的反应原理 . 7 2.2 锂离子电池的分类 . 9 2.2.1 使用时的注意事项 .10
6、 2.3 锂电池的应用 .12 2.3.1 锂电池的优点， .12 2.3.2 锂电池的缺点 .12 2.3.3 锂电池的产品 .13 第二章 锂离子电池的寿命 .16 3.1 锂电池的正极材料 .16 3.1.1 层状 LiMi O2 的影响 .17 3.1.2 层状 LiNiO2 的影响 .18 3.2 锂电池的负极材料的影响 .19 3.2.1 碳材料对寿命的影响 .20 3.2.2 合金的作用 .21 3.3 电池隔膜 .22 3.3 1 电池隔膜的概论 .23 第四章实验部分 .25 4.1 电池进行无损分析 .25 4.2 电池的拆解测试 .28 4.3 其余影响电池寿命的因素 .
7、31 第五章总结 .33 致谢 .34 前言 随着我们 社会经济的发展， 社会上出现了 各种 各样的 携带式的电子产品和电动汽车 ，并且随着发展它们的应用更加 广泛， 这不仅方便了我们，还让我们的生活更加美好，但是 对 各种仪器的 动力系统 化学能源的 性能要求越来越严格 。 所以说现在很多科研机构都在研究新的能源来源， 而锂离子电池 因为 具有 很 高循环稳定性 还有 高容量 和 高能量密度 并且不会 环境污染等 多个优点得到人们的 的青睐， 被广泛应于与各种仪器设备中， 被我们称 之 为 21 世纪的 最新的 绿色能源， 被我们 广泛的 用于 民用和国防 中 ， 对人们的生活带来了很大的改
8、变，现 如今锂离子电池已经变成我们生活中不可缺少的一 个主要 部分， 据 某家 统计 机构的 统计显示 世界上 平均每个人的一生 都 会 拥有过好几块锂电池， 或大的或小的，或是手机电池或是笔记本的电池，有或者是数码相机上面的电池。我们的生活中处处都有它的影子，不论是在繁华的大都市还是宁静的乡间村舍里面都是它的天下。随着我们的 科技的进步 ， 锂离子电池的应用领域 还 在不断扩大，现 如今已不是只应用 于各种 小型的 便携式电子产品 了 ，近几年又有向动力电车 方向发展的趋势。因此锂离子电池还有它的 性能 材料已成为世界各国关注的一个产业焦点。 并且 也 是 我国能源领域中重点扶持的高新技术产
9、业之一。据统计现如今锂离子电池行业总产值已达近 100 亿美元。 发展前景非常广泛，伴 随着锂离子电池 技术 的发展，锂离子电池材料有望成为近几年来发展最快的产业之一。 单单 就 从 我国的情况来看 ,自从 1 年以来 ,逐渐从金融危机中摆脱出来，各种行业都处于百废待兴的状态，这时候动力 电动汽车 掀起了一个小浪潮 ,让 我国锂离子电池投资 也变得高涨起来 了 。 但是这并不 能解决什么问题，因为电池 供需的矛盾进一步激化使 我国 锂离子电池市场陷入无序发展的窘境 ,因为 我国锂离子电池行业 本身就 处于“小、散、弱”的局面。 很难说一次性就可以得到解决，但是我国的锂离子电池的发展却没有耽误，
10、自 从 锂离子电池产品 出现在我国以来 ,电子产品和电动工具的消费 一直都 是我国锂离子电池产业的主要的产品领域 ,其大约 已经 占据 了 我国锂离子电池市场的 80%左右。并且经过 这么多 年的产业化发展 ,使得我国的在 锂离子电池的生产技术和产品的材料性能等方面 ,与国际上的先进水平的差距越来越小。但是 我们还是因该发现我们 在核心技术方面 和他们 还是有较大的差距， 如果 我们要想改变目前的状况 ,不能只依靠别人的帮助，而是 通过攻克核心技术 ,进一步提高我国锂离子电池的产品性能和稳定性 ;并努力 使关键材料能够本土化 ,让 我们国家自己可以生产出来 独特的锂离子电池 ，这 样不仅可以
11、进一步降低锂离子电池的生产成本 ,还可以增加我们的竞争力，并 利用 经济危机刚刚度过这个特殊时期， 世界上大部分国家的电子企业均处于低潮时期的阶段 ,借力国际品牌如苹果、谷歌、亚马逊、华硕、联想等 ,快速打入其供应链 ,稳步扩大传统市场。 我们如果 要想做到打开世界新兴市场 ,首先要做到是提升我国锂离子电池组的 使用 性能并尽量降低其价格。 这个工程是非常巨大的， 仅靠电池的生产企业单独去完成这一任务是 不可能的 ,它需要 锂离子电池各个方面的生产厂家合伙， 原材料供应商 (如正极材料和电解液等 )以及下游应用 (如电池组和电动汽车 )的生产企业通力合作 ,才可以解决性能难题 ,完全实现原材料
12、本地化采购。扩大我国锂离子电池发展空间。 虽然我们每天都会和锂离子电池接触， 但是我们 当中 有多少人 是 对锂离子电池有一定的了解，大家真的对锂离子电池很熟悉吗？或者 我们大家 知道锂电池和锂离子电池 之间关系吗 ？ 明白什么是 一次电池 、什么是 二次电池 吗？在这里 我们将 具体介绍一下锂离子电池的历史和如何正确使用锂离子电池从而增加电池的使用寿命 ，让我们大家对朝夕相伴我们生活的锂离子电池有一个更加清晰的认识。 第一章 锂 离子 电池概述 随着 世界上 科学技术的 快速的 发展和人民 对于 物质文化生活水平 的要求的 提高，人们 各种高科技产品的需求越来越大，同时 对 锂离子 电池的需
13、求量越来越大， 但是我们也要看到人们 对电池性能 的要求 也 越来越高 。特别是 因为 近几年 人们对于太空的探究，为了竞争的市场不再是单单地球，而是外太空的拥有权。为了迎合 太空技术的发展和军事装备的需求， 造成了 微电子工业的迅猛发展 ，并生产出来 了大量的工用、民用、医用 的 便携式的电子产品， 方便了我们的生活 ； 随着社会观念的改变，人们对于环境保护意识越来越强，从而迸发了 电动汽车的 出现 ， 这种 高能量，体积小，重量轻，安全可靠，无污染 的新型你们对于绿色环境的追求，这就加快了电池的改性和增强 。锂离子电池 是 20 世纪开发成功的新型高能电池，但 在这种 环境 下得到迅速发展
14、起来的新型高能的二次电池。 目前来看 锂离子电池的市场需求主要是来源于 电子 产品 消费市场和以电动 汽车 为代表的新兴市场交通工具。 2.1 锂离子电池的定义 我们所说的 锂离子电池是一种二次 电池 ：就是可以循环 充 放 电 的电池， 它主要依靠 锂离子 来回 在正极和负极之间 的 移动。 带动电子的移动， 在它充放电的过程中， ：Li+会 在两个电极之间往返重复嵌入和脱嵌 ，被形象地称为“摇椅电池” (Rocking Chair Batteries,缩写是 RCB) 具体表现就是当其 在进行充电的时候， Li+会从正极脱嵌， 并 经过电解质的流动，往负极流动，从而 进入负极，并嵌入负极
15、中 ， 那么这个时候 电池的负极 就会 处于富锂状态；而电池在放电时的情况则相反 ； Li+从电池的负极嵌出，流入电解质，从而嵌入正极，此时正极处于富锂态，并且在正常的充分电的情况下，锂离子只会在 电池的谈材料的层状结构中和氧化物的层状结构中嵌入和嵌出，这样只会引起电池层面间的间距发生变化，而不会破坏晶体的结构，这样的话在一个循环过程中锂离子的负极材料不会发生化学结构的变化，锂离子才可以处于一个良性循环当中。 2.1.2 锂电池的反应原理 下面我们就从锂离子电池的图示中看看锂离子是如何转移的和怎么样进行嵌入和嵌出的，首先我们先来看一下锂离子电池工作时候的化学反应式 ： 那么电池电池反应的总反应
16、式是： 从反应式中我们可以看到出来锂离子电池的工作原理。但是我们平常所用的 一 电池 大都 是 采用含有锂元素的材料作为电极， 就是因为锂离子的化学特性，并且 这 也 是我们 平时 所说的现代高性能电池的代表。 我们还要有一个常识，那就是 我 们通常 所说的锂电池并不是锂离子电池。这就要从我们对 锂系电池 的划分来看，通常 分为 锂电池和锂离子电池。 那么 我们平常所使用的手机和 笔记本电脑 等所 使用的都是锂离子电池了 ， 但是一般情况之下 我们都会俗称其为锂电池， 但是我们要知道 真正的锂电池 的化学反应是 是极其不稳 定的 ，因此在使用的时候会 具有很大的危险性， 这还不是最主要的原因，
17、 最主要的是金属锂电池 只 是一次性电池， 而 锂离子电池是可充电循环电池！不仅是为了环境还是为了节约资源，现在我们所使用的一次电池的次数在逐渐减小。所以因为锂离子电池使用的频率更大，为了说起来方便我们通常会把锂离子电池叫做锂电池。 接下来为了更加让我们形象的看出来锂离子电池是如何进行工作的，来看一下它的工作原理图： 图 1-1 锂离子电池的工作原理 锂离子电池工作原理其实很简单，只是锂离子在正负极之间的移动带动电子转移，从而造成电池的充放电。下面我们先来看一下锂离子电池的主要结构 ： （ 1）正 极 活性物质一般 是 锰酸锂或者钴酸锂 等 材料， 在日常所用的 电动自行车 大都是 普遍用镍钴
18、锰酸锂（俗称三元）或者三元 +少量锰酸锂 等做 ， 而 纯的锰酸锂和 磷酸铁锂 由于体积 较 大、性能不好或成本 较 高而逐渐淡出。导电集流体 一般 使用厚度 10-20 微米的电解铝箔。 （ 2）负 极 活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体 会 使用厚度为 7-15 微米的电解铜箔。 （ 3） 隔膜 一种经特殊 处理 成型的高分子薄膜， 其中 薄膜有微孔结构，可以让锂 离子 自由通过，而电子 却 不能通过。 （ 4）有机电解液 溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用 凝胶状电解液。 （ 5）电池外壳 分为镀镍铁壳（ 圆柱电池 使用）、铝壳、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽
19、， 同时 也是电池的正负极引出端。 2.2 锂离子电池的分类 我们 现在 所说的锂离子电池并不是单单指一种电池，而是说含有锂离子的电池的总称，并且为了更好的区分它们，我们 通常会根据锂离子电池所用的电解质材料的不同， 把 锂离子电池分为液态锂离子电池 (Liquified Lithium-Ion Battery，简称为 LIB)和聚合物锂离子电池 (Polymer Lithium-Ion Battery，简称为 PLB)。 不要将锂离子电池与 以下两种电池混淆： （ 1）锂离子电池：是使用非水液态有机电解质。 （ 2）锂电池：是以金属锂为负极的一类电池。 （ 3）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝
20、胶化液态有机溶剂，或者直接用全固态电解质。锂离子电池一般以石墨类碳材料为负极。 那么接下来我们就细致的讲解一下锂离子电池，首先 我们大家都知道 目前 我们所用的 笔记本电脑、 手机等现代数码产品都是可以重复充电的，也就是可以循环使用的。这就是要说明一下不需要我们像以前一样经常要更换电池那样繁琐的工作 ，就是依赖于我们的锂离子电池，这也是目前 应用最广泛的电池，但是 锂离子电池本身还是 比较“娇贵” 的 ， 这就要求我们 在平常的使用 过程 中不能过分充满、过分放光电量 ，因为这 样做的话都会损坏电池近而影响它的使用寿命最终会导致电池的 报废。所以 我们 在电池上的设计上会 考虑加入 保护元器件
21、或 安装 保护电路以降低 充放电过程中对电池降低 充放电过程中对电池的损坏， 在使用的时候 要求很高， 例如 必须要始终保证在终止电压精度 1%之内， 为了延长电池的使用寿命。 现在各大半导体器件厂都开发 研究 出多种用于锂离子电池充电的 IC， 从而更好的 保证安全、快速、 可靠地充电 ，减小对电池的损害。 现在手机应该是生活必需品了，基本上 是 人手一部，并且 我们所使用的 手机 中提供能源 基本上都是锂离子电池。 因此 掌握好如何 正确地使用锂离子电池， 从而 延长 我们 手机 电池的寿命是非常重要的。 现在市场上面的 锂离子电池 产品的形状 是多种多样的，并不是局限于长方形或者是正方形
22、，而是根据产品的不同需要将其做成 成长方形、扁平长方形 或者是 扣式等，并且有的时候 为了需要更大的电压， 还会将几个电池串联并联在一起形成一个电池组 ，就像电动自行车，每辆车里面大多都是 4 块电池串联在一起， 一起 为行驶 过程中 提供能量的 。 由于我们生产电池 材料 不同，且每种材料的化学性能不同 ， 所以生产出来的 锂离子电池的额定电压会有一些区别，但是一般都是3.7V， 当然肯定会有 特殊 的 情况 ，比 如磷酸铁锂正极是 3.2V。 在它 充满电时的终止充电电压一般为 4.2V， 而 锂离子电池的终止放电电压为 2.75V 3.0V，虽然生产的电池是一样的，但是各个 电池厂给出工
23、作电压范围或 者 终止放电电压 是不同的 ， 举例说一下就像 磷铁 是 2.0V。在使用电池的时候我们定义了当电池的电压 低于 2.5V 时 如果还 在继续放电就被 我们 称 为过放， 显而易见 过放 会 对电池有损害 ，影响电池的使用寿命， 因 此我们在日常生活中要尽量避免。 图 2.1 电池放电电流与放电容量对比 2.2.1 使用时的注意事项 我们都知道在使用电池一段时间之后电池内部的电量会降低，那么我就要给电池进行充电了，那么首先要知道锂离子电池在充电的时候会经历两个阶段：一是先恒流充电，就是稳定电流，到了快要接近电池的终止电压的时候改为恒压充电。我们举个例子就是那么现在我们有一块容量为 800mAh 的电池，现在我们知道了它的终止充电电压为 4.2V。我现在给电池以 800mA(充电率为 1C） 恒流充电时，此时测量的话我们会发现刚刚开始的时候电池电压会以一个较大的斜率进行升压，但是当电池电压快要
