鋰離子電池及其電解質(zhì)的研究

摘要介紹了鋰離子二次電池的發(fā)展以及與其它二次電池性能的比較，并對(duì)影響鋰離子二次電池性能的幾個(gè)問題作了闡述。著重論述了鋰離子二次電池的電解質(zhì)及其導(dǎo)電性能，以及制備六氟磷酸鋰的方法。

隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步和大量問世的可移動(dòng)電子設(shè)備的發(fā)展，如手機(jī)、攝像機(jī)以及近年來出現(xiàn)的電動(dòng)汽車等，都要求有高能量、體積小、性能可靠的電源做動(dòng)力，特別是對(duì)比能量在100～150Wh/kg(能量密度在250～300Wh/L)的電池的需要越來越迫切，這種需求為二次鋰電池的研制開發(fā)提供了切實(shí)的動(dòng)力。如果說七十年代末二次鋰電池僅是實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)物，那么短短二十年間，以金屬鋰為負(fù)極的電池得到了迅速發(fā)展。從用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)保護(hù)的Li/MnO2電池的商品化〔1－5〕以及有軍事和民用潛力的2～100Ah的大型鋰電池的成膜及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展〔6－8〕，到Sony〔9〕、Moly〔10〕、Bellcore〔11〕相繼研制推出的以碳插入化合物為負(fù)極，以LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4為正極的鋰離子二次電池和對(duì)電導(dǎo)率接近液體電解質(zhì)的固體電解質(zhì)的研制開發(fā)，二次鋰電池的各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)都有了長足的進(jìn)展。預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，鋰離子電池將與Ni/Cd、Ni/MeH電池形成三足鼎立的局面。目前，世界各國政府都投入大量的人力、物力，投身到這場(chǎng)技術(shù)競爭中。


鋰離子二次電池的電極材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）為了獲得大的輸出電壓和高的比能量，正、負(fù)極材料應(yīng)具有較大的電化學(xué)位差。

（2）Li+在材料中應(yīng)有大的可逆插入量，且電極電位對(duì)插入量的依賴性小，即材料有較寬而穩(wěn)定的工作平臺(tái)，以保證有穩(wěn)定的輸出電壓。

（3）具有較大的Li+擴(kuò)散系數(shù)，以提高電池的充放電工作電流。

（4）材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，Li+有好的脫、插可逆性，以提高充、放電的庫侖效率，使電極有較長的使用壽命。

（5）電極制備工藝簡單，降低電池成本。

鋰離子二次電池很好地克服了威脅二次鋰電池的安全問題，提高了庫侖效率，延長了使用壽命，這是與Li+在碳材料中插入的電化學(xué)行為密切相關(guān)的。Moly公司以1mol/L的LiAsF6/pC+EC和LiAsF6/pC為電解質(zhì)，研究了Li/石墨、Li/石油焦的電化學(xué)行為，指出在首次放電中，碳電極電位接受1．2V時(shí)，可能出現(xiàn)反應(yīng)：

2Li++2e-+pC/EC→丙烯(g)/乙烯(g)+Li2CO3(s)