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电池自1859年试制成功以来,在工业、交通、航天及人们的日常生活等方面的运用日益普遍,已成为现代生活及生产中不可或缺的一部分。随着世界能源危机的日渐突现,锂离子电池、燃料电池、太阳能电池将是21世纪理想的绿色环保电源。
现在交通运输主要以内燃机为动力的汽车、摩托车等为主。这些交通工具一方面消耗大量的石油,另一方面对空气造成严重污染。据统计,这一领域的能源消耗占全球总能源消耗的25%,释放的CO<,2>占总CO<,2>量的40%。因此,开发出新型的清洁能源对节约资源及减少空气污染起着重要的作用。而锂离子电池正是实现这一目标的最佳选择。锂离子电池是所有的可充电电池体系中能量密度最高的一种可充电电池。小型锂离子电池已广泛应用于手机、笔记本电脑和摄像机等电子器件,大型锂离子电池在储能、电动汽车等领域的也必将得到广泛地应用。
锂离子电池分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池。这两种电池正负极活性物质相同,工作原理也一样。不同的是聚合物锂离子电池的电解质是将液态有机电解质吸附在一种聚合物基质上,故被称作凝胶聚合物电解质。聚合物锂离子电池可制成任意形状。与其它电池相比,锂离子电池具有工作电压高、质量轻、比能量高、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等优点,是目前各大公司重点发展的电池。 锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜及粘结剂组成。正极材料通常有LiCoO<,2>,LiNiO<,2>,LiMn<,2>O<,4>等。LiCoO<,2>性能稳定,制造工艺成熟,是使用最广泛的正极材料。LiNiO<,2>制备工艺要求比较严格,很容易形成非化学计量化合物,致使电化学性能不稳定。LiMn<,2>O<,4>耐过充电,安全性能好,但循环性能差,高温容量衰减快,理论比容量相对较低。负极材料主要有天然石墨及人造石墨。目前已获成功运用的有天然鳞状石墨、石油焦及中间相碳微球。锂离子电池由于电压比较高,因此必须采用对高电压不分解的有机溶剂作为锂离子电池的电解液。电解液通常分为液体、固体和熔盐电解质三类。对于不同的正、负极材料,电解液选择的优劣对电池的性能有着重要的影响。锂离子电池的隔膜主要是使电池的正负极分隔开,防止两极接触而短路,此外还具有使电解质通过的功能。对于锂离子电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
本文着重介绍了锂离子电池正、负极材料的生产工艺,电解质的选择及电池的制造工艺。特别对正极材料LiCoO<,2>各生产工序的工艺控制参数,最佳控制条件进行了探索。另外,针对大型锂离子电池的特性,对材料的改性、优化作了简要的探讨。