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锂离子电池的电化学表达式
式中：M=Co，Ni，Mn等，正极化合物有LiCoO2，LiNiO2，
LiMn2O4等，负极化合物有C，Li，WO3等。
EC：碳酸乙烯酯
DEC：碳酸二乙酯
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锂离子电池与其它蓄电池相比，具有以下优点：
1、电池电压高。商品锂离子电池的工作电压为3.6V，是Ni-Cd、 Ni-MH电池的三倍。
2.采用很低电压就能使锂离子嵌入脱出的材料来代替金 属锂，从而发展为正极和负极采用锂离子嵌入材料的 锂离子二次电池
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根据第二条解决途径，1991年，日本Sony公司 推出了第一代商业化锂离子电池，成为锂离子电 池发展史上的一个里程碑。
和以往不同的是，这一代的锂离子电池分别用两种不同
的插层化合物作电极，在正极上采用的是LiCoO2，而负 极则用石墨替代了原先的Li金属。
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16可逆容量、反应 电位、扩散速率等。
目前锂离子二次电池的负极材料主要有两大类： 碳负极材料和非碳(金属氧化物)材料。
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1、碳负极材料
碳材料对锂的电位比较低，一般小于1V，是较理想 的负极材料，也是人们探索研究最多的一种材料， 目前己商业化的锂离子电池所用的负极材料几乎均 是碳材料。
负极材料的改变解决了长期困扰锂电池的Li枝晶问题，
从而大大提高了电池的安全性。
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锂离子电池商业化的成功，引起了全世界的广泛关注， 多年来，各国政府都投入了大量的人力物力进行研究 和开发，有力地促进了锂离子电池的商业化发展。
十几年来，锂离子电池不仅在产量和产值取得了巨大 的飞跃，而且其应用领域也大大拓宽了。
3、锂离子在电极材料中的扩散系数高，以确保电极过程的动力学因 素，从而使电池适用于较高的充放电倍率，满足动力型电源的需要。
4、电极活性物质的电化当量小，并且可以可逆脱出的锂离子量要大， 以保证电极材料具有较高的能量密度。
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5、材料的振实密度大，以保证材料具有较高的体积比容量。 6、在电解液中的化学稳定性好，溶解度低。 7、具有较高的电子导电性。 8、材料合成容易。 9、资源丰富，价格低廉，对环境无污染。
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锂离子电池的工作原理示意图
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充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，正极 处于贫锂态，同时电子的补偿从外电路供给到碳负 极，保证负极的电荷平衡。放电时， Li+从负极脱嵌 经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。
在正常充放电过程中， Li+在层状结构的碳材料和层 状结构的金属氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引 起层面间距变化，不破坏晶体结构。因此，从充放 电反应的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的 可逆反应。
锂电池中具实用价值和应用前景的碳主要有三种： (1)高度石墨化的碳；(2)软碳和硬碳； (3)碳纳米材料。
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(1) 石墨
目前，对嵌锂石墨作负极的研究主要焦点是： 1) 石墨与电解质的相容性比较差，充放电过程中
容易发生石墨的层状剥落，导致循环性能变差； 2) 石墨结构与电化学性能的关系。
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目前，锂离子电池已经被广泛应用于移动通讯、便携 式笔记本电脑、摄像机、便携式仪器仪表等领域。随 着这些电器的高能化，轻量化，对锂离子电池的需求 也越来越迫切。
除了适应电器市场向微型化发展以外，锂离子电池也 在向大型电动设备方向发展，被看作是未来电动汽车 动力电源的重要候选者之一，并在空间技术、国防工 业等大功率电源方面展示出广阔的应用前景。
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锂离子电池是以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池， 实际上是一个锂离子浓差电池，正负极由两种不同的 锂离子嵌入化合物组成。
通常正极采用锂化合物，负极采用锂－碳层间化合物。 电介质为锂盐的有机电解液。
在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱出， 被形象地称之为“摇椅式电池”。
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7、无记忆效应。 8、具有快速充电能力。
9、密封良好，无泄漏现象。
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根据锂离子电池的工作原理，理想的锂离子电池电 极材料(即锂离子嵌基材料)，应具有以下特点：
1、在整个电极过程中，△G值的变化要小，以保证电极输出电位的平 稳；对于正极材料，要求|△G|较大，以提供较高的电极电位。
2、充放电过程中结构稳定，可逆性好，保证电池的循环性能良好。
2、比容量大。锂离子电池的比能量已经达到180Wh/kg，是Ni-Cd 电池的3倍，Ni-MH电池的1.5倍。
3、能量密度高，开发潜力大。锂离子电池具有较高的工作电压和体 积比容量，因此具有较高的能量密度。但实际能量密度与理论值 还有较大的差距，因此尚有较大的发展空间。
4、循环寿命长。通常具有大于1000次的循环寿命，在低放电深度 下可以达到几万次，超过其它二次电池 。
锂离子电池电极材料研究进展
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一、锂离子电池的发展与原理
锂离子电池由于其高比能量和高电压的优点，受到了 人们的极大关注，已成为国际电池界商品化开发的热 点和重点。
可充电锂电池技术发展的推动力主要来自三个方面： 消费电子产品、电动汽车和可移植医疗器具（如人工 心脏）。
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锂离子电池的发展可以追溯到上世纪70年代。 第一个商品化的可充式锂-二硫化钼电池于1979年研究 成功，1987年投产。
不幸的是1989年8月，日本电信电话公司（NTT）的 汽车移动电话在使用该电池时发生了起火事件，原因 是锂枝晶的形成导致正负极间的隔膜穿孔引起电池短
路，后来该电池被迫停产。
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70年代末，法国的Armand 先后提出了两种解决途径：
1.采用聚合物固体电解质，它不与锂发生反应，可制备 全固态锂金属二次电池；
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5、安全性能高。锂离子电池充放电过程中没有金属锂的出现，避免 了锂电池中金属锂造成的安全问题。此外，电池中具有多种安全 保护措施，有效地避免了电池过充产生的安全问题。
6、自放电率低。锂离子电池在首次充电（化成）过程中在碳负极材 料表面形成一层具有离子导电性而对电子绝缘的固体电解质中间 相膜（SEI），可较好的阻止自放电的发生。在充电状态下，锂 离子电池的月自放电率为2~3%。