锂二次电池 Seconary battery
定义：可反复进行充放 电而多次使用的电池
循环100次形成的锂枝晶图
背景：在商业化锂一次电池的同时，人们发现许多层状无机硫族化合物可
以同碱金属发生可逆反应，这样的化合物统称为嵌入化合物。在嵌入化合物基 础上，锂二次电池诞生了。
其中最具有代表性的是1970年埃克森公司的M.S.Whittingham利用Li-TiS2体 系，制成首个锂二次电池。
锂离子电池发展史
锂离子电池的产生
20世纪80年代末，日本Sony公司 提出者
层状结构的石墨 负极
锂离子电池
正极
锂与过渡金属的 复合氧化物
120-150Wh/kg 比能量
电压
是普通镍镉电池
的2-3倍
➢ 1990年——发明锂离子电池
高达3.6V
➢ 1991年——锂离子电池实现商品化
➢ 1995年——发明聚合物锂离子电池，1999年商品化。
锂离子电池的商品化
1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨这种锂离子 电池，该电池成功的利用能可逆脱嵌锂的碳材料替代金属锂
熔点 (℃)
Lia 23.0
-2.7
0.97 97.8
Mg 24.3
-2.4
1.74 650
Al 26.9
-1.70
2.7
659
Ca 40.1
-2.87
1.54 851
Fe 55.8
-0.44
7.85 1528
Zn 65.4
-0.76
7.13 419
Cd 112
目录
1
锂离子电池概述
2
正极材料
3
负极材料
4
电解质材料
5
隔膜材料
6
锂电池生产工艺 与发展趋势
Part 1
锂离子电池概述
发展 历程
工作原理
结构与分类
相关术语
什么是电池？
通过电化学反应将电极材料的化学能直接转化为电能的系统。 1800年，意大利——伏特 （Volt）发明了人类历史上第一 套电池装置，划时代意义！
金属锂在所有金属中最轻、氧化还原电位最低、重量能量密度最大
以锂为负极组成的电池具有电压高和能量密度大等特点。
锂一次电池 primary lithium battery
定义：放电后不能再充电使其复原的电池，是一种高能化学原电池。
组成
以金属锂为负极，固体盐类或溶于有机溶剂的盐类为电解质，金属 氧化物或其他固体、液体氧化剂为正极活性物。通用的圆形锂二氧化 锰(Li/MnO2)电池和锂氟化碳〔Li/(CFx)n〕电池分别用字母CR和BR表 示，其后的数字表示电池的型号。
锂一次电池 primary lithium battery
锂一次电池的标称电压有1.5V级和3.0V级两种。 锂电池的结构形式常见的有圆柱碳包式、方型叠片式、圆柱叠片式、圆
柱 卷绕式、方型卷绕式等。 应用领域：主要用于照相机、计算器等小型电器中。 锂一次电池具有比能量高、寿命长、耐漏液等优点，但安全性较差、电池
不可充电！
目前已经可以商品化生产的锂电池——
锂碘电池（Li/I2） 锂二氧化锰电池（Li/MnO2） 锂氧化铜电池（Li/CuO） 锂聚氟化碳电池（Li/(CF)n） 锂亚硫酰氯电池（Li/SOCl2）
锂二氧化硫电池（Li/SO2）等。
我国生产的锂电池主要是 圆柱型和扣式
锂二氧化锰Li/MnO2电池
锂一次电池是这一类以使用金属锂为负极材料的化学电源系列的总称。
锂一次电池发展史
当前 70年代
Li-MnO2、Li-CuO、Li-SOCl2、 Li-SO2、Li-Ag2CrO4等
多种材料应用于锂一次电池
手表、计算器、植入式医疗设备
锂一次电池商品化
60年代的能源危机
锂一次电池大发展
20世纪50年代
开始锂一次电池的研究
锂离子电池的概念
锂离子电池是指依靠锂离子在正极和负极之间移动来工
作的二次电池(充电电池)。
1990年日本索尼公司采用可以使锂离子嵌入和脱 嵌的碳材料代替金属锂和采用可以脱嵌和可逆嵌 入锂离子的高电位氧化钴锂正负极材料和与正负 极能相容的LiPF6 –EC + DEC电解质（乙烯碳酸 脂（EC）加入不同的醚和线性碳酸脂而形成EC 电解液体系）后，终于研制出新一代实用化的新 型锂离子蓄电池。
-0.40
8.65 321
Pb 207
-0.13
11.3 327
化合价 变化
1 1 2 3 2 2 2 2 2
电化当量 Ah/g g/Ah Ah/cm3 3.86 0.259 2.08 1.16 0.858 1.12 2.20 0.454 3.80 2.98 0.335 8.10 1.34 0.748 2.06 0.96 1.04 7.50 0.82 1.22 5.80 0.48 2.08 4.10 0.26 3.85 2.90
0.53g×cm-3
锂是自然界最轻的金属元素，
标准氢电极 Standard hydrogen electrode
金属锂
具有较低的电极电位（-3.045V vs. SHE）
高的理论比容量 3860 mA·h/g。
主要电池负极材料的物理化学性能
材料 名称
原子量
25℃的标准 电极电位(V)
密度 (g/cm3)
1 Whittingham M S．U．S．Patent 4009052．1977 2 Whittingham M S．Science，1975，192：1226
镍镉电池 镍氢电池
商品化锂二次电池
➢ 1859年——发明铅酸电池，并与1882年实现其商品化。 成为最先得到应用的充电电池体系，常用于 机动车辆 的储能电池。 PbO2+H2SO4+Pb ↔2PbSO4+2H2O
在该装置中，用浸泡在碱溶液中的布 隔开两种金 属的堆积片，再以导线连接两端——产生电流。 这是我们今天所认识的电池的最初形式。
锂电池
(Lithium Battery, 简写成LB)
锂一次电池 (又称锂原电 池, Primary
LB)
锂二次电池 (又称锂可充 电电池，
Rechargeable LB)
➢ 1899年——发明镍镉电池（Ni-Cd），1951年实现其密闭 化。20世纪初实现其商品化，20世纪80年迅 速发展，用于小型电器中的一次电池。
Cd+NiOOH+4H2O ↔ Cd(OH)2+2Ni(OH)2·H 2O
➢ 20世纪90年代早期——镍氢电池（Ni-MH）得到发展， 并取代部分镍镉电池。 M+xNi(OH)2 ↔ MHx+xNiOOH