Page 121 - 能源动力工程的发展与展望

第五章 锂离子电池

第二节 锂离子电池的基本构成

随着经济的飞速发展，能源供需矛盾日益加剧。一些能源，如太阳能、地热、

风能等，在空间分布上不平衡，导致有效利用难度较大。为了解决此类问题，能
源转化和存储设备的研究受到越来越多的关注。锂离子电池就是能够实现能源高
效转化和存储的设备之一，近年来锂离子电池的研究得到广泛开展。高功率、高
容量的正负极材料是锂离子电池发展的关键，探索低成本、高能量密度的锂离子

电池材料，成为锂离子电池推广应用的必由之路。

一、锂离子电池概述

锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜等部分组成。锂离子电池正极能够

为电池提供锂源，主要是含锂化合物。锂离子电池充电的时候，锂离子会脱离正
极材料，并受到内部电场的影响进入电解液，最后通过隔膜进入到负极材料当中。
与此同时，电池的电子将脱离被氧化的正极材料，通过外电路进入负极材料，并
发生还原反应，使得电能转化为化学能，进而存储于电池当中。锂离子电池放电

的过程和充电的过程正好相反，从负极脱出的锂离子进入到电解液中，通过隔膜
进入正极材料，通过外电路做功，电子把存储在电池中的化学能转化为电能。现
阶段，锂离子电池的正极材料大多为含锂的过渡金属化合物，例如，橄榄石结构
的磷酸铁锂、尖晶石型的锰酸锂和层状的钴酸锂等。锂离子电池的负极材料大多

为石墨化碳材料。锂离子电池的电解液大多为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯等的聚合
物或有机溶液。

二、锂离子电池的电极材料

（一）锂离子电池正极材料
目前，锂离子电池的正极材料包括三大类：聚合物材料、复合材料和无机
材料。其中，应用最广的是无机材料，其可以分为阴离子型材料和无机复合氧化
物。复合氧化物又可以分为反尖晶石型、尖晶石型和层状型等。具体而言，锂离

子电池的正极材料主要为层状的钻酸锂、氧化镍锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。其中，
层状的钴酸锂是一种十分成熟的锂离子电池正极材料。层状的钴酸锂属于六方晶
系，有着层状岩盐结构。层状的钴酸锂的理论比容量为 274mAh/g，但是其实际

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