鋰離子電池：是一種二次電池(可充電電池)，主要是依靠鋰離子在電池正極和負(fù)極之間的移動(dòng)進(jìn)行工作。即在充放電過程中，Li⁺ 在兩個(gè)電極之間往返進(jìn)行嵌入和脫嵌過程。其中，充電時(shí)，Li⁺從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；而放電時(shí)則剛好相反。目前，手機(jī)和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池。因?yàn)殇囯x子電池存在以下優(yōu)點(diǎn)：1)、電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8 V；2)、比能量大；3)、循環(huán)壽命長；4)、安全性能好，無公害，無記憶效應(yīng)；5)、自放電?。?)、快速充電；7)、工作溫度，工作溫度一般在25~45^oC之間。然而，宏觀上鋰離子電池主要有以下缺點(diǎn)：1)、衰老，有使用壽命；2)、回收率低；3)、不耐受過充；因?yàn)檫^充電時(shí)，過量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中，無法再釋放，可導(dǎo)致電池壽命減短。4)、不耐受過放；因?yàn)檫^放電時(shí)，電極將脫嵌過多的鋰離子，可導(dǎo)致晶格坍塌，從而縮短壽命。因此，我們在使用裝有鋰離子電池的電子產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該注意一些事項(xiàng)：充電時(shí)不得高于最大充電電壓，放電時(shí)不得低于最小工作電壓；不要經(jīng)常深放電、深充電；避免高溫，輕則縮短壽命，嚴(yán)重者可引發(fā)爆炸；鋰離子電池不使用時(shí)也會(huì)自然衰老。鋰離子電池在我們生活中扮演不可或缺的重要角色，那么目前關(guān)于鋰離子電池的最新發(fā)展又是怎么的呢？目前又有那些方法來克服或者避免其自身缺點(diǎn)呢？

自20世紀(jì)90年代鋰離子電池（LIBs）成功商業(yè)化以來，已被廣泛應(yīng)用于便攜式數(shù)字產(chǎn)品。然而，已有許多LIBs的能量密度和功率密度不足以滿足目前持續(xù)增長的需求。

因此，考慮到電池系統(tǒng)的成本分布，探索具有優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)壽命的負(fù)極/正極材料是至關(guān)重要的。雖然納米級電極材料可以由短擴(kuò)散通道和大表面積快速吸收和儲(chǔ)存大量Li⁺，但是納米顆粒的低熱力學(xué)穩(wěn)定性導(dǎo)致電化學(xué)附聚并且提高了電解質(zhì)上發(fā)生副反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。以下方法可以改善上述缺點(diǎn)。

富Ni的層狀過渡金屬氧化物源自高容量的LiNiO₂。由于例如氧化還原活性Ni⁴⁺/Ni³⁺的能帶僅與Li_1-xNiO₂中的2p帶O₂離子的頂部略微重疊，因此當(dāng)在以下范圍內(nèi)循環(huán)時(shí)，LiNiO₂可以獲得約200 mA hg^-1的容量。然而，由于Ni³⁺離子遷移到Li層，LiNiO₂受到非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)退化和容量衰減的困擾。為了提高熱穩(wěn)定性和改善性能降低，已經(jīng)研究了陽離子取代的層狀過渡金屬氧化物以及結(jié)構(gòu)摻雜，如下。

除了LiFePO₄和LiMnPO₄之外，LiFe_xMn_1-xPO₄也是一種很有前途的負(fù)極材料。例如Scrosati及其同事通過兩步沉淀路線制備碳涂層的核-殼結(jié)構(gòu)的LiMn_0.85Fe_0.15PO₄-LiFePO₄，很好的結(jié)合了LiMnPO₄的高電位和LiFePO₄的高穩(wěn)定性。

獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)中有電解質(zhì)膨脹的宏/中孔的網(wǎng)絡(luò)和緩沖的保護(hù)性碳?xì)?，有利于連續(xù)電子傳導(dǎo)和快速離子傳輸。例如，以下例子：

盡管Li₃V₂(PO₄)₃具有比LiFePO₄和LiMnPO₄更高的電子傳導(dǎo)率（≈10^-7 S cm^-1），但是該值仍然很低嚴(yán)重限制了其功率密度。Mai和同事通過水熱和退火處理制造了雙連續(xù)的分層Li₃V₂(PO₄)₃ /C中孔納米線。分層結(jié)構(gòu)賦予Li₃V₂(PO₄)₃ /C納米線具有增強(qiáng)的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)在3.0和4.3V之間循環(huán)時(shí)，該復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了高倍率性能和超長期循環(huán)性（3000次循環(huán)后容量保持率為80.0％）。在獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)中有電解質(zhì)膨脹的宏/中孔網(wǎng)絡(luò)和緩沖的保護(hù)性碳?xì)ぃ欣谶B續(xù)電子傳導(dǎo)和快速離子傳輸。

“轉(zhuǎn)化反應(yīng)”通常是指Li⁺與過渡金屬化合物(M_a X _b，M = Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，X = O，S，Se，F(xiàn)，N，P等)之間的氧化還原反應(yīng)。其涉及具有高理論比容量的鋰二元化合物（Li_n X）的形成和分解（方程式1）。通常，由M-X鍵的離子性確定的反應(yīng)電位在相對于Li/Li⁺的0.5-1.0V的范圍內(nèi)，使得大多數(shù)過渡金屬化合物都可以作為潛在的正極。

在該等式中，Li_n X的形成在熱力學(xué)上是可行的。然而，通過本體M粉末難以分解電化學(xué)惰性的Li_n X。因此，這種轉(zhuǎn)化機(jī)制可逆性的關(guān)鍵在于形成高電活性M納米顆粒以分解由固體電解質(zhì)中間相 (SEI)層包圍的Li_n X基質(zhì)。此外，電壓滯后似乎高度依賴于轉(zhuǎn)換型正極材料(CTAM)中陰離子物質(zhì)的性質(zhì)，以氟化物 > 氧化物 > 硫化物 > 氮化物 > 磷化物的順序降低。