锂硫电池综述资料
高性能锂硫电池的研究进展
摘要：目前传统的锂离子电池在电子产品中发挥着重要作用。然而受到其较低的理论比容量的限制(约150～200Wh/kg)，锂离子电池将难以满足人类发展的长远需求，例如电动汽车行业的发展。锂硫电池的理论能量密度为2600Wh/kg，是锂离子二次电池的3～5倍，是极具应用前景的电化学储能体系，近年来引起了研究人员的广泛关注。人们提高电极导电性、维持电极结构稳定性、提高硫的负载率和利用率以及加强电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。本文将就近几年锂硫电池的发展进行相关介绍和讨论。
关键词：锂硫电池正极材料纳米结构材料改性电解质电池结构
Research progress in High-Performance Lithium-Sulphur
Batteries
Ren Guodong
(School of Metallurgy and Environment, Central South University，0507110402)
Abstract：Lithium-ion batteries has played an important role in the electronics at present.But due to its low theoretical energy density ,which is only 150～200Wh/kg,therefore the lithium-ion batteries cannot meet the long-term needs of society in the future,just in the case of the development of electric vehicles.Lithium-sulphur battery is a promising electrochemical energy storage system which has high theoretical energy density of 2600Wh/kg,that is 3~5 times to lithium-ion battery.And it has arised more and more attentions recently.Great efforts have been made by reseachers to improve the conductivity of the electrode , the stability of electrode structure,the loading capicity of sulphur ,the utilization efficiency of sulfur in the cathode and the enhancement of cycle life of the battery．In this paper,the recent research of lithium-sulphur battery will be analyzed and discussed.
Keywords：lithium-sulphur battery cathode material nano-structure modification electrolyte cell configuration
1.前言
电能储存技术和设备将会在未来社会发展中成为一项十分重要的需求。传统
锂离子电池具有具有安全性好、无记忆效应、循环寿命长以及无污染等优点,目前已经成为各类电子产品的首选电源。在锂离子二次电池体系中，相比于负极材料（如石墨和硅负极材料），低比能量的正极材料（LiFePO4和LiCoO2理论比容量分别的170mAh/g 、274mAh/g），一直是制约其发展的主要因素[1]。为此，人们将目光转向新型二次电池体系以期望获得更高的能量密度。在目前已知的正极材料中，硫具较高的比容量（1675mAh/g），与金属锂负极构成的Li/S电池的理论能量密度高达2600 Wh/kg，是传统锂离子电池的3~5倍[2]。同时，相比于常见的锂离子电池正极材料(LiCoO2、LiMnO2和LiFePO4等)，硫具有来源广泛、成本低、高安全性、对环境友好等特点，是一种具有巨大前景的高比能量正极材料。正因如此，锂硫电池引起了广大科研工作者极大的研究热情，成为近几年的研究及专利申请的热点[3]。
然而，锂硫电池存在活性物质利用率低、循环寿命短、倍率性能差、自放电严重等问题，严重制约了其产业的化应用[4]。本文将分别从正极材料、电极材料改性、电解质、锂硫电池新型设计等方面介绍锂硫电池近几年的研究现状。
2.锂硫电池正极材料的研究
单质硫和硫化物在室温下是电子与离子的绝缘体[4]，因此目前的研究过程中，为了保证电池能在高电流密度下发生可逆的电化学反应，需要将硫与其他导电介质进行复合。常用的正极材料有：二元金属硫化物、硫/金属氧化物复合材料、硫/碳复合材料等[1]。
2.1二元金属硫化物
二元金属硫化物是锂硫电池发展初期研究比较多的材料，它们一般具有较大的理论比容量，并且合成简单。但是由于安全问题、功率密度较低、电活性以及硫利用率较低等问题而受到限制。二元金属硫化物的合成方法除了常见的高温固相合成、机械球磨法外，还有溶剂热法、电化学沉积法等。
V. A. Dusheiko[5]等，在600~1050℃温度范围内，采用不同的升温和降温速率发生反应得到TiS2、MoS3、V2S2等二元硫化物，并将得到的材料进行电化学性能测试。通过对比不同条件下合成的正极活性物质的电化学测试数据，总结得出了化学反应条件对材料电化学性能的影响。
2.2硫/金属氧化物的复合材料
锂硫电池反应过程不同于锂离子电池，锂硫电池放电过程对应两个放电平台。首先是环形S8分子还原生成S 2
（对应第一个放电平台2.1~2.4V)[6],与此同
4
时生成易溶于电解质溶液的多硫化物(Li2S n, n =4~8)[7]；第二个平台（约1.5~2.1V）
对应可溶性的Li2S4转变成不溶性的Li2S。反应过程中生成的多硫化物溶解于电解液中的多硫化物在电池正负极之间发生穿梭往复，造成活性物质的不可逆损失，并明显降低了充放电效率，降低循环稳定性[8]。李亚娟等[9]采用密度泛涵的方法对S8和硫化锂分子的结构和性质进行理论研究，发现八种具有稳定构型的硫化锂分子。而Li2S分子中S-Li键键长相比其它硫化锂而言具有最小，该分子中锂原子和硫原子间作用力很强。在锂硫二次电池体系中，这会导致硫电极放电产物在充电过程中锂离子不容易脱出。这也是锂硫二次电池深度放电后，再充电电池极化增大的主要原因。
研究人员抑制多硫化物在电解质中的溶解，在硫正极中引入了金属纳米氧化物。硫电极中掺入纳米金属氧化物增大了材料的比表面积,扩展了锂离子扩散至材料内部的通道,使电解液对活性物质有更好的浸润效果, 还能抑制多硫化物的溶解和硫的聚集。部分纳米金属氧化物还对硫-硫键的断裂和键合反应有一定的催化作用，能够改善硫电极的动力学特征[10]。
Y. J. Choi等[11]将含有纳米r-Al2O3、硫( < 20μm )、乙炔黑的丙酮悬浮液超声降解后与粘结剂球磨, 得到具有较高比容量和较好循环稳定性的多孔硫电极材料。Z. Wei Seh等[12]通过实验方法制作出具有核壳结构的S/TiO2复合材料，这种结构的材料不仅能有效吸附、固定硫，阻止多硫化物的溶解，还可以减小冲放电过程中硫化物改变引起的电极膨胀、破碎。经电化学性能测试，展现出良好的循环稳定性和较高的比容量。0.5C电流密度下，初始放电容量1030mAh/g，循环放电1000次，库仑效率为 98. 4%，平均每次容量衰减仅0. 033 %。由此看出具有核壳结构的电极材料能够表现长循环性能。
2.3硫/碳复合材料
碳作为良好的电子导体，碳材料的高比表面积可提供较大的电极反应面积，降低电化学极化，阻碍硫的聚集；高孔容可容纳大量的硫，保证电极材料中有足够的活性物质；碳材料与硫热复合后,丰富的孔结构可容纳硫颗粒,这些孔也是放电产物的容器，吸附性又能抑制多硫化物的溶解；碳材料的良好导电性也能弥补硫电绝缘性的缺点[10]。目前通过研究合成具有不同纳米结构的碳材料作为载硫体，成为锂硫电池的研究重点。
Y. Qu等[13]以葡萄糖做碳源，以硅球作为模板，通过溶剂蒸发的方法，碳化后得到比表面积为614.4 m2/g ,孔容为1.34cm3/g，孔径范围在120~140nm的层级孔蜂窝碳材料。材料与硫复合之后进行相关电化学测试，表现出较好的循环稳定性，以2C倍率恒流充放电测试，首次放电比容量为923mAh/g，循环100次后容量保持在564mAh/g。K. Xi等[14]利用含锌的金属有机骨架材料（MOFs）经过碳化后，形成的具有层级多孔碳材料，与硫复合形成载硫率为55 wt%正极材料。
表现出良好的电化学性能，并且材料形成的介孔越多、孔容越大，材料的循环性能越好。陈君政等[15]采用分段加热的方法合成了不同管径、不同硫含量的单质硫-多壁碳纳米管( S-MWCNT)复合材料，并筛选出以10 ~ 20 nm直径的MWCNT 为核, 质量分数85%硫为壳的最优化条件下的复合材料。在最优化的条件下,复合材料首次放电比容量达1272.8mAh/g，活性物质利用率为76. 0%，循环至第8周时放电容量还保持在720. 1mAh/g，容量保持率高达64. 4%。与未添加MWCNT 的单质硫电极相比,硫复合电极活性物质的利用率和循环性能都得到了较大的改善。
此外，袁艳等[16]以升华硫粉为原料，采用液相沉积法在水溶液体系下制备纳米硫材料。结果表明：在以甲酸为沉淀剂、PEG-400为分散剂、多硫化钠溶液浓度为0.2 mol/L的合成条件下，可制备出粒径范围为50~80 nm、平均粒径约65 nm且分散性较好的类球形纳米硫材料。该纳米硫组装的锂/硫电池在0.054mA/cm2电流密度下，首次放电比容量达1050 mAh/g，经10次循环后,放电容量仍可保持初始容量的70%左右(700 mAh/g)。G. Zhou等[17]利用氧化石墨烯与二硫化碳的混合溶液采用一步合成方法制备了纤维状混合石墨烯-硫复合材料。材料在合成过程中通过氧化石墨烯的还原反应将硫固定在石墨烯材料上，复合材料具有多孔的网络结构，能够允许锂离子的快速传输，同时相互连接的纤维状的石墨烯也提供了良好的电子通路。硫与含氧基团具有较强的结合力，能有效阻止多硫化物的溶解，提高电池的循环稳定性。
3.锂硫电池正极材料的改性
虽然人们通过合成各种具有不同纳米结构的导电材料实现对硫的有效吸附，但是目前来看仅仅依靠材料自身的结构性质来限制多硫化物的溶解是很困难的。尽管有报到显示介孔材料可以借助自身具有的小尺寸孔道可以限制多硫化物的溶解[18]，但是对于尺寸更小的多硫化物来说还是能够轻易摆脱这些孔道的限制。于是，研究人员同过对正极材料的掺杂、包覆等放法对正极材料进行改性，以获得更加优异的电化学性能。
电极材料元素掺杂是通过制备含有氮、磷元素的聚合物，碳化之后得到掺杂元素的正极材料。掺氮碳材料可以明显提高硫正极的电化学性能，掺入的氮原子不仅可以提高炭材料的电导率，而且可以增强对硫离子的界面吸附作用，有效抑制聚硫离子的穿梭效应。孙福根等[19]纳米二氧化硅硬模板法合成了氮化学形态可调和孔结构类似的富氮中孔碳材料，并与硫复合制备锂硫电池正极材料。实验结果表明富氮中空碳的碳化温度较低时（700~800℃），更有利于吡啶形态氮的形成；同时掺入中孔碳的氮元素对聚硫离子的穿梭效应具有抑制作用，主要是由
于吡啶形态的氮对聚硫离子具有强界面吸附作用。因此，硫碳复合正极表现出良好的循环稳定性，0.2C电流密度下循环100次容量保持在758mAh/g。张治安等[20]同样使用二氧化硅做模板，以四氯化碳和乙二胺做碳源，在90℃左右温度条件下冷凝回流，得到含氮聚合物，并将产物碳化得到含氮蜂窝碳。在同等条件下，通过调整二氧化硅模板的使用量实现对蜂窝碳孔容、比表面的调控。P. Zhu等[21]利用X射线吸收光谱研究掺氮对于锂硫电池正极材料的促进作用。通过比较掺氮碳材料载硫前后的X射线吸收近边结构（XANES)光谱的分析，得出C、O、N间的耦合结构的变化情况。实验结果表明掺氮碳材料与硫的强烈作用是通过含氧官能团实现的，而氮元素能够使含氧官能团变得更加活泼。
对于正极材料的改性还有通过在正极材料表面包覆导电材料实现对多硫化的限制，提高电极材料的电化学性能。Y. Yang等[22]经过初期探索，选择使用聚3，4-乙撑二氧噻吩单体与聚苯乙烯磺酸盐的混合物（PEDOT:PSS）作为导电聚合物，并将其包覆在CMK-3介孔碳/硫复合物上，经测试包覆了导电聚合物的电极，在循环100次时其电池容量保持率从70%提高到80%；循环100次电池容量的衰退只有15%。郑加飞等[23]通过一种简单有效的水热法还原氧化石墨烯（Hydrothermal Reduction Graphene Oxide；HRGO）对商用碳纳米管-硫(CNT -S)纳米复合材料进行包覆，形成一种可有效抑制多硫聚合物扩散的石墨烯包覆结构。水热条件下不仅可以把氧化石墨烯充分的还原成石墨烯，并使其原位包覆在纳米复合材料的表面，同时也有利于CNT-S表面的硫单质进一步进入CNT的孔和间隙中，提高了复合材料的导电性。结果表明，HRGO@CNT-S纳米复合材料，HRGO有效地对材料进行包覆，并一抑制了多硫化物的溢出，大幅提高了CNT-S 纳米复合材料的锂硫电池性能。
4.电解质
电解质体系要求溶剂的熔点低、沸点高、蒸气压低、介电常数高及黏度低、工作温度范围宽且电导率高。工作温度范围与电导率很难同时满足，一般会采用混合溶剂作为电解液。熊仕昭等[24]采用冲放电测试和交流阻抗测试研究了硝酸锂作电解液添加剂对锂硫电池电化学性能的影响。采用电子扫描显微镜观察分析了添加剂对锂负极的影响，探讨了硝酸锂的作用机理。结果表明，采用硝酸锂作为锂硫电池电解液的添加剂，可以在锂负极表面形成具有钝化负极活性表面及保护锂负极的界面膜。该膜可以抑制电解液中高价态聚硫离子与锂负极的副反应，避免在锂负极表面形成不可逆的硫化锂，从而提高锂硫电池的循环性能和放电容量。
全固态聚合物固体电解质是由高分子量的聚合物本体与锂盐所构成的体系，
在常温状态下为固态。通常而言，固体聚合物电解质的导电机制是：首先迁移离子如锂离子等与聚合物链上的极性基团如氧、氮等原子配位，在电场作用下，随着聚合物无定形区中分子链段的热运动，迁移离子与极性基团不断发生配位与解配位的过程，从而实现离子的迁移。Li/S电池的聚合物电解质能够抑制溶解在电解液中的多硫化锂向锂负极的溶失，从而达到改善循环性能的目的[25]。
5.新锂硫电池型结构设计
目前对于传统锂硫电池的改良以提高正极活性物质的利用率，除了在材料本身的改进外，还对电池的结构采用了新型设计。主要在增加导电隔层、锂/多硫化锂的电池设计。将导电碳膜放置在电池隔膜与硫正极之间，可显著提高电池的循环性能[26]。初步数据显示加入多壁碳纳米管膜的锂硫电池，具有优异的电化学循环性能，循环充放电100次，电池容量还保持在800mAh/g[2]。作为导电隔层的材料，必须是多孔的，并且能够容纳充放电过程中产生的可溶性多硫化物。导电隔层不仅成为优异的集流体，并且还能限制多硫化物的流失，这样才能保证电池具有良好的循环寿命及库仑效率。其相关测试数据及结构示意如图1。
图1 增加了导电碳隔膜的锂硫电池结构示意图(a)及相关测试数据(b)
6.结论
在能源问题日益突出的今天，高效环保的储能设备的研发必然会引起日益广泛的关注。锂硫电池作为一种较为理想的储能体系，必将成为各国研究人员争相投入的研究领域。综合近几年锂硫电池领域的发展来看，虽然我们已经在某些方面取得了长远进步，特别是正极材料的研发方面，但是我们也应当清醒的认识到距离锂硫电池的实际应用还有很长的路要走。目前来看，锂硫电池的突出问题主要存在以下方面：锂硫电池的机理认识还有待深入探索；多硫化锂溶解造成的穿梭效应，目前还没有较好的解决方法；此外，在电解质、隔膜、集流体的研究投入不够。
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锂电硕士开题报告赵阳
开题报告 题目：锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备 及电化学性能研究 院系名称：化学化工学院专业：化学 学生姓名：赵阳学号：20139167 指导老师：曹晓雨职称：副教授 2014 年11 月8 日
锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备及 电化学性能研究 一、本课题研究的目的和意义 随着现代社会的快速发展，能源的消耗也急剧增加，目前全世界己探明的化石燃料(煤、石油、天然气)的贮量在不久以后将会枯竭，面对严峻的能源短缺形式，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题[1]。 目前人类可以利用的能源主要包括一次能源中不可再生的化石燃料(煤、石油、天然气)和可再生的太阳能、核能、风能、潮汐能、地热、生物能、海洋能等以及通过一次能源经过加工转换以后得到的二次能源中的电能、煤气、汽油、液化石油气、酒精、沼气、蒸汽、氢能源等。而如何使这些新能源转化成人类可以直接利用的能源呢?其中的一些能源转化则是依靠新能源材料，新能源材料是指能实现能源的最大化转化的过程中所用到得一些无机材料和有机材料，目前主要是以电池材料为代表的化学材料等，由此可见电池材料在实现能源转化过程中占有重要的地位。 电池材料的最大特点是在提供能源的高效率转化时，由于自身的优点能实现清洁生产和消耗，即能充分实现最佳原子利用率，实现原料的“零排放”，从而能减少对原材料的损耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展。由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其目前所造成的环境污染起着关键的作用，而锂离
子电池则是能实现高效能量储存与能源转换的最佳材料而得到社会的认可,是新型化学电源，具有高电压、高能量、体积小、内阻小、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等特点[2-5]。锂离子电池自上世纪90年代问世以来，因其卓越的性能迅速占领了许多应用领域，像大家熟知的手机、笔记本电脑、小型摄像机等产品的电源，而后又积极地渗透到其他领域，如电动交通工具、空间技术和国防工业等重大领域。美国著名的巴特尔研究所己把先进电池和燃料电池列为2020年十大关键技术。可见电池产业作为促进全球信息经济、绿色能源和环境友好的一个可行性方案，在技术、生产、市场上将获得长足的发展，即将形成一个全球性的支柱型产业。另外，中国是贫油的国家，从长远的国家战略来看，传统化石燃料等矿物能源将会很快枯竭，能源短缺的形式将更为严峻，因此促使锂离子电池的稳定快速的发展，使之成为一种产业化的新的能源模式具有重大的战略意义。 二、锂离子电池工作原理 锂离子电池是指用两个可逆的嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜组成，其实质是锂离子浓度差电池:充电时，锂离子从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态;放电时，锂离子从负极脱出并插入正极，正极处于富锂态[6]。在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间来回的迁移，所以锂离子电池被形象的称为“摇椅式电池”。在此过程中，由于锂离子在正、负极材料中有相对固定的空间和位置，因此电池充放电反应的可逆性良好，从而保证了电池的长循
锂离子特性标准
锂离子电池特性 锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。 锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。 保护措施 锂电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜 纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。 因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。 爆炸类型分析 电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。
各种锂离子电池正极材料分析
锂离子电池现使用的正极材料有如下几种： 1、钴酸锂 钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料，钴产生3.9V(vs. Li)的电势平 台，对钴酸锂而言，对应于其理论容量，高达274mAh/g，实际容量可达155mAh/g，具有很高的能量密度。主要应用于便携电池领域：如手机，PDA；移动DVD； MP3/MP4、笔记本电脑。 1）结构缺陷 对钴酸锂（LixCoO2，0
天津大学本科生毕业论文开题报告
天津大学本科生毕业论文开题报告
（内容包括：课题的来源及意义，国内外发展状况，本课题的研究目标、研究内容、研究方法、研究手段和进度安排，实验方案的可行性分析和已具备的实验条件以及主要参考文献等。） 一、课题的来源及意义 能源是个永恒的话题，随着科技的发展和环保的需要，二次电池，太阳能，风能，核能，潮汐能，地热能越来越被人们所看中与开发。 利用化学反应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池（次世代电池）。二次电池（Rehargeable battery)：二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。充电电池的充放电循环可达数千次到上万次，故其相对干电池而言更经济实用。 目前市场上主要充电电池有“镍氢”、“镍镉”“铅酸（铅蓄电池）”、“锂离子（包括锂电池和锂离子聚合物电池）”。 锂硫电池是锂电池的一种，截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。 二、国内外发展状况 最近10 年，新一轮的锂硫电池研究逐渐升温，美国、加拿大、澳大利亚、日本、韩国和国内清华大学、防化研究院、南开大学、厦门大学等对该体系进行了深入的研究。 锂硫电池是指采用硫或含硫化合物作为正极，锂或储锂材料为负极，以硫-硫键的断裂/ 生成来实现电能与化学能相互转换的一类电池体系。与其他“摇椅”反应的锂电池一样，在充放电过程中，锂离子作为导流子在正负极之间“穿梭”。放电时，锂离裂，与锂离子生成Li2 S;充电时Li2 S 电解，释出的锂离子重新迁回负极，沉积为金属锂或者嵌入负极材料中 虽然研究锂硫电池已经历经了几十年，并且在近10 年间取得了许多成果，但离实际应用还有不小距离。开发锂硫电池仍有相当的难度:(1 ) 无论是“荷电态”的单质硫还是“放电态”的硫化锂，都是逆性差，很容易失去电化学活性;(3 ) 反应过程中，正负极材料的体积变化巨大，通过研究指出反应中负极锂被消耗而使体积缩减，同时正极将膨胀，多硫化物易溶解在电解质中，并向负极迁移，造成活性物质损失和较大的能量损耗;(5) 锂硫电池在充放电过程中生成多种中间产物，且多种化学反应伴随电化学反应同时发生，过程极其复杂，反应机理仍不明确。可见，开发锂硫电池的关键问题在于:首先要明确正极的反应过程，制备合适的正极材料;其次是选用合适的电解质体系; 第三是保护负极，将负极的活性锂和反应生成的多化物有效隔离。截至目前，对锂硫电池的电化学反应过程尚无完整的解释。
四种主要的锂电池正极材料
四种主要的锂电池正极材料 LiCoO2 锂离子从LiCoO2中可逆脱嵌量最多为0.5单元.Li1-xCoO2在x=0.5附近发生可逆相变，从三方对称性转变为单斜对称性。该转变是由于锂离子在离散的晶体位置发生有序化而产生的，并伴随晶体常数的细微变化。但是，也有人在x=0.5附近没有观察到这种可逆相变。当x＞0.5时，Li1-x CoO2在有机溶剂中不稳定，会发生释氧反应;同时CoO2不稳定，容量发生衰减，并伴随钴的损失。该损失是由于钴从其所在的平面迁移到锂所在的平面，导致结构不稳定，使钴离子通过锂离子所在的平面迁移到电解质中。因此x的范围为0≤x≤0.5，理论容量为156mA·h/g。在此范围内电压表现为4V左右的平台。当LiCoO2进行过充电时，会生成新的结构 当校子处于纳米范围时，经过多次循环将产生阳离子无序，部分O3相转变为立方尖晶石相结构，导致容量衰减。粒子小时，由于锂离子的扩散路径短，形成的SEI膜较粒子大的稳定，因此循环性能好。例如，70nm的粒子好于300nm 的粒子。粒子大小对自放电也具有明显影响。例如粒子小，自放电速率快。粒径分布窄，粒子的球形性越好，电化学性能越佳。最佳粒子大小取决于电池的要求。 尽管LiCoO 与其它正极材料相比，循环性能比较优越，但是仍会发生衰减， 2 对于长寿命需求的空间探索而言，还有待于进一步提高循环性能。同时。研究过经过长时期的循环后，从层状结构转变为立方尖晶石结构，特别程发现，LiCoO 2 是位于表面的粒子;另外，降低氧化钴锂的成本，提高在较高温度(＜65℃)下的循环性能和增加可逆容量也是目前研究的方向之一。采用的方法主要有掺杂和包覆。 作为锂离子电池正极材料的锂钴氧化物能够大电流放电，并且放电电压高，放电平稳，循环寿命长。.因此成为最早用于商品化的锉离子蓄电池的正极材料，亦是目前广泛应用于小型便携式电子设备(移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等)的正极材料。LiCoO2具有a-NaFeO2型二维层状结构，适宜于锂离子在层间的嵌人和脱出，理论容量为274 mA·h/g。在实际应用中，该材料电化学性能优异，热稳定性好，且初次循环不可逆容量小。实际可逆容量约为120～150 mA·h/g，即可逆嵌人/脱出晶格的锂离子摩尔百分数接近55 %。 在过充电条件下，由于锂含量的减少和金属离子氧化水平的升高，降低了材料的稳定性。另外由于Co原料的稀有，使得LiCoO2的成本较高。 LiCoO2生产工艺相对较为简单，其传统的合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法。 高沮固相合成法通常以Li2CO3和CoCO3为原料，按Li/Co的摩尔比为1：1配制，在700~900℃下，空气氛围中灼烧而成。也有采用复合成型反应生成LiCoO2前驱物，然后在350～450℃下进行预热处理，再在空气中于700～850℃下加热合成，所得产品的放电容量可达150 mA·h/g。唐致远等以计量比的钴化合物、锂化合物为合成原料在有机溶剂乙醇或丙酮的作用下研磨混合均匀，先在450℃的温度下处理6h.，待冷却后取出研磨，然后再在6～10 MPa压力下压成块状，最后在900℃的温度下合成12～36 h而制得。日本的川内晶介等用Co3O4和Li2 CO3做原料，按化学计量配合在650℃灼烧10h制的温定的活性物质。章福平等按计量将分析纯LiNO3和Co(NO3)2·6H2O混匀，加适量酒石酸，用氨水调
锂离子电池及其电极材料的发展现状
锂离子电池及其电极材料的发展现状 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：消费电子产品电动车和可移植医疗器具（如人工心脏） 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。 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； 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 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。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。 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。 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。 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”。 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
锂离子电池开题报告
一、国内外研究动态、选题依据和意义 锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域。[1]锂离子电池主要由正极、负极、和电解质溶液等组成。电极材料是决定锂离子电池的整体性能水平的关键。电解质溶液的性质、组成和浓度也是决定锂离子电池充放电性能的重要因素，对于锂离子电池的制备工艺也起重要的作用。锂离子电池正极、负极和电解质材料的研究是整个锂离子电池研究领域的重点，备受世界的重视。[3] 在第215届电化学会议中，新型电极材料仍是锂离子电池的研究热点之一，与传统正极材料LiMn204、LiCoO2、LiMnPO4相比，LiFePO4正极材料所特有的安全性能引起了人们的重视。其中粘结剂作为非导电的活性材料在锂离子电池中的重要性开始逐渐被认识和接受。美国劳伦斯伯克利国家实验室研究了电极循环性能与电极片机械能的关系，发现电极的机械能与长期循环性能的关系密切，电极的损坏，特别是碳负极的损坏主要源于极片力学性能的下降，指出电极材料并不是决定电极性能的唯一因素，粘结剂的性能和极片的制备方法、工艺也是必须考虑的。[4] 近年来，许多研究者不再局限于对某一材料的制备与优化，开始着眼于整个系统的匹配，优化电极片和制备方法，瞄准动力汽车的需求设计高能量电池和高功率电池，分析电池衰退的原因，开发满足动力电池需要的3000至5000次循环寿命的长寿命锂离子电池。[7] 涉及锂离子电池的研究内容和手段不断的丰富，对于锂离子电池制备工艺的提高也有很大的促进与提高。锂离子电池的制备工艺涉及多个方面的研究与创新，本课题的学习与研究是对我们大学学习的一个重要的总结与检验。[10] 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 1.研究内容 本研究主要是通过对电池正极片、负极片的制备工艺（包括原料的选择和原料配比等）以及电池组装工艺的优化来制备容量和循环性能较好的扣式电池。 2.解决的问题 （1）研磨充分、搅拌均匀、浆液粘度适中以保证制得的正极片无粉末脱落。（2）涂布均匀、涂层厚度适中以获得较好的循环性能。 （3）使组装好的电池的工装紧密度适中以保证测试结构具有较好的准确性和可靠性。[1]
锂离子电池性能测试
华南师范大学实验报告 学生姓名:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源 课程名称：化学电源实验 实验项目：锂离子电池性能测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月5日-17日 实验指导老师：马国正组员：黄日权郭金海 一、实验目的 1.熟悉、掌握锂离子电池的结构及充放电原理。 2.熟悉、掌握锂离子正极材料的制备过程及工艺。 3.熟悉、掌握锂离子电池的封装工艺及模拟电池测试方法。 二、实验原理 锂离子电池是指正负极为Li+嵌入化合物的二次电池。正极通常采用锂过渡金属氧化物 Li x CoO2，Li x NiO2或Li x Mn2O4，负极采用锂-碳层间化合物Li x C6。电解质为溶有锂盐LiPF6，LiAsF6，LiClO4等的有机溶液。溶剂主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和氯碳酸酯（CIMC）等。在充放电过程中，Li+在两极间往返嵌入和脱出，被形象的称之为“摇椅电池”。 锂离子电池充放电原理和结构示意图如下。 锂离子电池的化学表达式为： -）Cn|LiPF6-EC+DMC|LiM x O y（+ 其电池反应为： LiM x O y+nC Li1-x M x O y+Li x C n 本实验以高温固相法制备的尖晶石型LiMn2O4为正极材料，纯锂片为负极，制备扣式锂离子模拟电池，并对制备的扣式半电池进行充放电测试。 三、仪器与试剂 电化学工作站，蓝点测试系统、手套箱、电子天平、真空干燥箱、切片机、对辊机、鼓风干燥机 LiMn2O4、乙炔黑、PVDF、无水乙醇、电解液（1M LiPF6溶与体积比EC:DEC:EMC=1:1:1
锂离子电池电解液
锂电池电解液特性 锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。 基本信息 中文名称锂电池电解液 组成锂盐和有机溶剂 含义离子传输的载体 分类电池 锂电池电解液主要成分介绍 1.碳酸乙烯酯:分子式: C3H4O3 透明无色液体(>35℃),室温时为结晶固体。沸点:248℃/760mmHg ， 243-244℃/740mmHg;闪点:160℃;密度:1.3218;折光率:1.4158(50℃);熔点:35-38℃;本品是聚丙烯腈、聚氯乙烯的良好溶剂。可用作纺织上的抽丝液;也可直接作为脱除酸性气体的溶剂及混凝土的添加剂;在医药上可用作制药的组分和原料;还可用作塑料发泡剂及合成润滑油的稳定剂;在电池工业上，可作为锂电池电解液的优良溶剂 2.碳酸丙烯酯分子式:C4H6O3 无色无气味,或淡黄色透明液体，溶于水和四氯化碳，与乙醚，丙酮，苯等混溶。是一种优良的极性溶剂。本产品主要用于高分子作业、气体分离工艺及电化学。特别是用来吸收天然气、石化厂合成氨原料其中的二氧化碳，还可用作增塑剂、纺丝溶剂、烯烃和芳烃萃取剂等。 毒理数据:动物实验经口服或皮肤接触均未发现中毒.大鼠经口LD50=2,9000 mg/kg. 本品应储存于阴凉、通风、干燥处，远离火源，按一般低毒化学品规定储运。 3.碳酸二乙酯分子式:CH3OCOOCH3 无色液体，稍有气味;蒸汽压1.33kPa/23.8℃;闪点25℃(可燃液体能挥发变成蒸气，跑入空气中。温度升高，挥发加快。当挥发的蒸气和空气的混合物与火源接触能
够闪出火花时，把这种短暂的燃烧过程叫做闪燃，把发生闪燃的最低温度叫做闪点。闪点越低，引起火灾的危险性越大。);熔点-43℃;沸点125.8℃;溶解性:不溶于水，可混溶于醇、酮、酯等多数有机溶剂;密度:相对密度(水=1)1.0;相对密度(空气=1)4.07;稳定性:稳定;危险标记7(易燃液体);主要用途:用作溶剂及用于有机合成 ①健康危害 侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。 健康危害:本品为轻度刺激剂和麻醉剂。吸入后引起头痛、头昏、虚弱、恶心、呼吸困难等。液体或高浓度蒸气有刺激性。口服刺激胃肠道。皮肤长期反复接触有刺激性。 ②毒理学资料及环境行为 毒性:估计能通过胃肠道、皮肤和呼吸道进入机体表现为中等度毒性。刺激性比碳酸二甲酯大。 急性毒性:LD501570mg/kg(大鼠经口);人吸入20mg/L(蒸气)×10分钟，流泪及鼻粘膜刺激。 生殖毒性:仓鼠腹腔11.4mg/kg(孕鼠)，有明显致畸胎作用。 危险特性:易燃，遇明火、高热有引起燃烧的危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。 燃烧(分解)产物:一氧化碳、二氧化碳。 ③泄漏应急处理 迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源。防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏:用或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏:构筑围堤或挖坑收容。用泡沫覆盖，降低蒸气灾害。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。 ④防护措施 呼吸系统防护:空气中浓度较高时，建议佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。 眼睛防护:戴安全防护眼镜。 身体防护:穿防静电工作服。
详细分析锂离子电池的电极材料选择
详细分析锂离子电池的电极材料选择 锂离子电池在使用的过程中，能够进行二次充电，属于一种二次可充电电池，主要工作原理为锂离子在正负极之间的反复移动，无论电池的形状如何，其主要组成部分都为电解液、正极片、负极片以及隔膜。目前，国际上锂离子电池的生产地主要集中在中国、日本和韩国，主要的锂离子应用市场为手机和电脑。随着锂离子电池的不断发展，应用领域也在逐渐的扩大，其在正极材料的使用方面已经由单一化向多元化的方向转变，其中包括：橄榄石型磷酸亚铁锂、层状钴酸锂、尖晶石型锰酸锂等等，实现多种材料的并存。从技术发展方面能够看出，在日后的发展中还会产生更多新型的正极材料。对于动力电池的正极材料来说，其在成本费用、安全性能、循环能力以及能量密度等多个方面都具有较为严格的要求。在应用材料领域中，由于钴酸锂的费用较高、安全性较低，因此在具体的使用中通常适用于普通消费类电池，难以符合动力电池的相关要求。而上述列举的其他材料均已在目前的动力电池中得到了充分的利用。在锂离子电池材料中，负极材料属于重要的组成部分，能够对整体电池的性能产生较大影响。目前，负极材料主要被划分为两个类别，一种为商业化应用的碳材料，例如天然石墨、软碳等，另一类为正处于研发状态，但是市场前景一片大好的非碳负极材料，例如硅基材料、合金材料、锡金材料等等。 1碳负极材料：此种类型的材料无论是能量密度、循环能力，还是成本投入等方面，其都处于表现均衡的负极材料，同时也是促进锂离子电池诞生的主要材料，碳材料可以被划分为两大类别，即石墨化碳材料以及硬碳。其中，前者主要包括人造石墨以及天然石墨。人造石墨的形成过程为：在2500℃以上的温度中，将软碳材料进行石墨化处理之后得到，MCMB属于人造石墨中比较常用的一种，其结构为球形，表面质地较为光滑，直径大约为5-40μm。由于受其表面光滑程度影响，使电极表面以及电解液之间发生反应的几率降低，进而降低了不可逆容量。同时，球形结构能够方便锂离子在任何方向进行嵌入和脱出活动，对保障结构稳定具有较大的促进作用。天然石墨也具有诸多优势，其结晶度较高、可嵌入的位置较多，并且价格较低，是较为理想的锂离子电池材料。但其也存在一定的弊
锂硫电池综述
高性能锂硫电池的研究进展 摘要：目前传统的锂离子电池在电子产品中发挥着重要作用。然而受到其较低的理论比容量的限制(约150～200Wh/kg)，锂离子电池将难以满足人类发展的长远需求，例如电动汽车行业的发展。锂硫电池的理论能量密度为2600Wh/kg，是锂离子二次电池的3～5倍，是极具应用前景的电化学储能体系，近年来引起了研究人员的广泛关注。人们提高电极导电性、维持电极结构稳定性、提高硫的负载率和利用率以及加强电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。本文将就近几年锂硫电池的发展进行相关介绍和讨论。 关键词：锂硫电池正极材料纳米结构材料改性电解质电池结构 Research progress in High-Performance Lithium-Sulphur Batteries Ren Guodong (School of Metallurgy and Environment, Central South University，0507110402) Abstract：Lithium-ion batteries has played an important role in the electronics at present.But due to its low theoretical energy density ,which is only 150～200Wh/kg,therefore the lithium-ion batteries cannot meet the long-term needs of society in the future,just in the case of the development of electric vehicles.Lithium-sulphur battery is a promising electrochemical energy storage system which has high theoretical energy density of 2600Wh/kg,that is 3~5 times to lithium-ion battery.And it has arised more and more attentions recently.Great efforts have been made by reseachers to improve the conductivity of the electrode , the stability of electrode structure,the loading capicity of sulphur ,the utilization efficiency of sulfur in the cathode and the enhancement of cycle life of the battery．In this paper,the recent research of lithium-sulphur battery will be analyzed and discussed. Keywords：lithium-sulphur battery cathode material nano-structure modification electrolyte cell configuration 1.前言 电能储存技术和设备将会在未来社会发展中成为一项十分重要的需求。传统
锂电池几种正极材料的优缺点
锂电池几种正极材料的优缺点 锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料，目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40％左右，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料，而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。 衡量锂离子电池正极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：（1）正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压；（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；（5）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；（6）正极不与电解质等发生化学反应；（7）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；（8）价格便宜，对环境无污染。 锂离子电池正极材料一般都是锂的氧化物。研究得比较多的有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFePO4和钒的氧化物等。导电聚合物正极材料也引起了人们的极大兴趣。 1、LiCoO2 在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。 2、LiNiO2
锂离子电池电解液材料及生产工艺详解
锂离子电池电解液材料及生产工艺详解液体电解液生产工艺---流程图 电解液生产工艺---精馏和脱水 –对于使用的有机原料分别采取精馏或脱水处理以达到锂电池电解液使用标准。 –在精馏或脱水阶段，需要对有机溶剂检测的项目有：纯度、水分、总醇含量。
液体电解液生产工艺---产品罐 –在对有机溶剂完成精馏或脱水后，检测合格后经过管道进入产品罐、等待使用。 –根据电解液物料配比，在产品罐处通过电子计量准确称取有机溶剂。 –如果产品罐中的有机溶剂短时间未使用，需要再次对其进行纯度、水分、总醇含量的检测，继而根据生产的需要准确进入反应釜。 体电解液生产工艺---反应釜 –依据物料配比和加入先后顺序，有机溶剂依次加入反应釜充分搅拌、混匀，然后通过锂盐专用加料口或手套箱加入所需的锂盐和电解液添加剂。 –在加入物料开始到结束,应控制反应釜的搅拌速度、釜内温度等。不同的物料配比搅拌混匀的时间不同，但都必须使电解液混合均匀，此时对电解液检测的项目有：水分、电导率、色度、酸度 液体电解液生产工艺---灌装 –经检测合格的液体电解液被灌入合格的包装桶，充入氩气保护，最终进入仓库等待出厂。 –由于电解液自身的物理、化学性质等因素，入库的电解液应在短时间内使用，防止环境等因素导致电解液的变质 液体电解液---使用注意事项 –电解液桶有氩气保护，有一定压力，在使用中切勿拆卸气相阀头和液相阀头，也不允许随意按下快开接头的凸头，以免造成泄漏或其它危险。接管时一定要戴防护眼罩，使用时一定要使用专用快开接头
–检测合格的电解液建议一次性用完，开封的电解液很容易因为没有气氛保护等原因而变质，请客户在使用过程中注意及时充入氩气保护，防止变色电解液不建议使用玻璃器皿盛放，玻璃的主要成分是氧化硅，氧化硅和氢氟酸反应生成腐蚀性、易挥发的气体四氟化硅，此气体有毒会对人造成伤害 –现场可以使用的电解液容器和管道材料包括：不锈钢、塑料PP/PE、四氟乙烯等 –本产品对人体有害，有轻微刺激和麻醉作用。使用过程中避免身体直接接触 液体电解液的组成 –有机溶剂 –锂盐 –添加剂 有机溶剂---有机溶剂的选择标准 –有机溶剂对电极应该是惰性的，在电池的充放电过程中不与正负极发生电化学反应 –较高的介电常数和较小的黏度以使锂盐有足够高的溶解度，从而保证高的电导率 –熔点低、沸点高，从而使工作温度范围较宽 –与电极材料有较好的相容性，即电极能够在电解液中表现出优良的电化学性能 –电池循环效率、成本、环境因素等方面的考虑 液体电解液的组成---有机溶剂 –碳酸酯 –醚 –含硫有机溶剂
开题报告——基于单片机的锂离子电池电量检测系统毕业设计论文
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 南昌工程学院 09 级毕业（设计）论文开题报 告 机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专 业 题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 班级09电气工程及其自动化（1）班 学号 指导教师饶繁星
日期2013 年 1 月 4 日 南昌工程学院教务处订制
题目：基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 一、选题的依据及课题的意义 随着手机、数码相机、摄像机、手提电脑、音频视频播放器等便携式电子设备的迅猛发展，由于其便携性的特点，便携式设备必须由电池来进行供电。目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，具有高单体电池电压、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。锂电池是指以锂为负极材料的化学电池的总称，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，该类电池具有较高能量质量比和能量体积比。 为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态，大多数设备在应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。在电池放电过程中，电池电压与剩余电量、工作时间之间并不是线性关系，所以并不能简单地采用电压采样、函数计算剩余电量。针对该要求，设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统的设计对全面掌握锂离子电池的电量状态，提高其利用率具有现实意义。本设计的研究成果若能广泛应用于便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。
二、研究概况及发展趋势综述 锂电池常用的电量检测方法有两种，一种是利用库仑计，根据电池工作的电流与时间进行计算出电池的实际容量，此种检测方法是最准确的检测方法，一般用的芯片有TI，美信等电池管理芯片，但是成本太高，调试复杂。另一种方法是利用电池工作的电压曲线来分析出电池的容量，这种方式比较简单，成本也低，由于直接采用比较器如LM339，LM324等，检测精度低，检测相对很不准确，温漂大，功耗大。 在满足要求的前提下，本设计尽可能采用简单的锂离子电池电量检测方案，提出的基于单片机的锂离子电池电量检测方案，抗干扰能力强，并且可以实现对锂离子电池电量的高精度检测。 在本设计方案中，没有考虑电池老化等复杂因素对电量检测精度产生的负面影响，所以检测结果稍有误差。未来在要求更高精度的锂离子电池电量检测应用中，该检测系统必须考虑这些复杂问题对检测精度的影响，还需要做进一步的改进，让检测精度提高一个水平。
锂电池电解液基础知识
锂离子电池电解液 1 锂离子电解液概况 电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂离子电池的“血液”，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、必要的添加剂等原料，在一定条件下，按一定比例配制而成的。 有机溶剂是电解液的主体部分，与电解液的性能密切相关，一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用；常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等，但从成本、安全性等多方面考虑，六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质；添加剂的使用尚未商品化，但一直是有机电解液的研究热点之一。 自1991年锂离子电池电解液开发成功，锂离子电池很快进入了笔记本电脑、手机等电子信息产品市场，并且逐步占据主导地位。目前锂离子电池电解液产品技术也正处于进一步发展中。在锂离子电池电解液研究和生产方面，国际上从事锂离子电池专用电解液的研制与开发的公司主要集中在日本、德国、韩国、美国、加拿大等国，以日本的电解液发展最快，市场份额最大。 国内常用电解液体系有EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC等。不同的电解液的使用条件不同，与电池正负极的相容性不同，分解电压也不同。电解液组成为lmol/L LiPF6/EC+DMC+DEC+EMC，在性能上比普通电解液有更好的循环寿命、低温性能和安全性能，能有效减少气体产生，防止电池鼓胀。EC/DEC、EC/DMC电解液体系的分解电压分别是4.25V、5.10V。据Bellcore研究，LiPF6/EC+DMC与碳负极有良好的相容性，例如在Li x C6/LiMnO4电池中，以LiPF6/EC+DMC为电解液，室温下可稳定到4.9V，55℃可稳定到4.8V，其液相区为-20℃～130℃，突出优点是使用温度范围广，与碳负极的相容性好，安全指数高，有好的循环寿命与放电特性。
AA-2009-锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展
锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展3 左朋建,王振波,尹鸽平,程新群,杜春雨,徐宇虹,史鹏飞 (哈尔滨工业大学化工学院,哈尔滨150001) 摘要 综述了硅酸盐正极材料的设计、特性、制备及电化学性能,介绍了基于密度泛函理论的量子化学计算在锂离子电池材料设计中的方法和理论,认为进一步开展Li 2MSiO 4及其复合材料的理论和实验研究可以获得性能优异的高容量正极材料。 关键词 锂离子电池 正极材料 硅酸盐材料 量子化学计算 电化学性能中图分类号:TM912.9 文献标识码:A Research Progress on Poly 2anionic Silicate Cat hode Materials for Lit hium Ion Batteries ZUO Pengjian ,WAN G Zhenbo ,YIN Geping ,C H EN G Xinqun , DU Chunyu ,XU Yuhong ,S H I Pengfei (School of Chemical Engineering and Science ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001) Abstract The progress on the design ,preparation ,characteristics and electrochemical performance of silicate cathode materials for lithium ion batteries is reviewed.The quantum chemistry method based on the DFT is introduced to accomplish the design of lithium ion batteries.The theoretical and experimental studies on the Li 2MSiO 4and its composite are key factors to the development of next generation of high 2capacity lithium ion batteries. K ey w ords lithium ion battery ,cathode material ,silicate material ,quantum chemistry calculation ,electro 2chemical performance 3高等学校博士学科点专项科研基金新教师基金(200802131064);国家自然科学基金(20673032);中国博士后科学基金(No. 20070420860);哈尔滨工业大学科研创新基金(HIT.NSRIF.2008.25) 左朋建:男,博士后,讲师 尹鸽平:女,教授,博士生导师 Tel :0451286403216 E 2mail :zuopj @https://www.360docs.net/doc/6b17206947.html, 锂离子电池自20世纪90年代商业化以来,由于具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应以及环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源。近年来新一代电子产品及动力工具的开发与应用对二次电源系统的比能量和比功率提出了更高要求,而新型高容量电极材料特别是正极材料的设计与制备是获得高性能锂二次电池的关键。 锂离子电池正极材料主要有无机金属化合物材料、有机分子材料和聚合物材料3大类[1],其中无机金属化合物材料已经由初始的金属硫化物发展到目前应用的金属氧化物。但是上述正极材料各自具有一些难以克服的缺点,如比容量偏低、价格较高、循环性能不理想以及存在安全隐患等[2]。相对于负极材料的研究,在过去一二十年里,尽管科学家们付出诸多努力开发出多种正极材料,但具有理想容量的可实用化材料始终未能得到[3]。目前商业化锂过渡金属氧化物的理论容量也相对较低,而且材料在充电态时由于具有强的氧化性而易与电解液发生反应,从而影响电池的安全性能。 以LiFePO 4为代表的聚阴离子型正极材料的出现为下一代高比能量、高比功率锂离子电池的出现注入了强劲动 力[4]。作为安全廉价正极材料的重要选择,聚阴离子型的硅 酸盐正极材料如Li 2FeSiO 4和Li 2MnSiO 4也引起了科研工作者的重点关注,特别是在此类材料的通式(Li 2MSiO 4)中由于含有的活性锂较LiFePO 4材料多1倍,因此,硅酸盐聚阴离子正极材料的开发为寻找新型高容量电极材料提供了重要的可行性。如在Li 2MnSiO 4材料中,由于不同于Li 2FeSiO 4化合物中的Fe 只存在2种价态过渡金属离子(Fe Ⅱ和Fe Ⅲ), Mn 存在更高的氧化态,即若从Li 2MnSiO 4材料中脱出的锂 离子超过1个(单位化学式中),那么Mn Ⅲ(对应的化合物为 LiMnSiO 4)就能进一步氧化为Mn Ⅳ,并最终生成全脱锂态的Mn Ⅳ SiO 4化合物。如果全脱锂态的化合物是稳定的,那么其 对应的可逆容量可以达到333mA ?h/g 。这将会是自1991年锂离子电池问世以来电极材料容量研究领域一个重要的突破。然而,目前的聚阴离子型硅酸盐正极材料的实际可逆容量大都维持在100mA ?h/g 左右,即使起始几个循环的可逆容量较高,其后材料也会发生较大的容量衰减。 因此,进一步明确此类正极材料的结构特性和嵌脱锂反应机理,找到材料的失效机制和容量衰减原因,完成高容量、安全性好的复合型聚阴离子硅酸盐正极材料的设计和制备,