钛酸锂石墨烯复合电极材料电化学行为(3)
至二十世纪90年代初，日本索尼公司首先推出了锂离子电池，它以锂在碳材料中的嵌入、脱嵌反应代替了金属锂的溶解、沉积反应，避免了电极表层上形成枝晶的问题，从而使锂离子电池的安全性和循环寿命远远高于锂蓄电池，实现了锂离子电池的商业化生产。1999年日本率先实现了聚合物锂离子蓄电池的商品化。松下从1999年1月开始月产30万只500mAh聚合物锂离子蓄电池。
随着新的应用对电池提出更高的要求,锂离子电池的性能也在不断提高。正极材料正在从钴酸锂向钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂并存的方向发展。负极材料中的碳材料方面也在向多元化发展。电解液中的聚合物潜力巨大，发展迅猛。电池工业进步的动力主要来源于电池材料，其研究开发与生产水平决定和制约着一个国家电池工业水平。而目前，制约我国电池行业发展的瓶颈就在于电池材料开发滞后，质量难以保证，许多电池材料依赖进口，难以形成价格和成本的优势。
1.2.2锂离子电池的用途及原理
锂离子电池因具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全无公害和快速充放电等优点作为绿色能源的重要方向之一，被广泛应用于便携式电子产品，如手机、笔记本电脑、摄录机、电动工具等所需充电电池，以及作为航空航天、深海作业等领域中有关设备的充电电源，并逐步走向电动汽车领域。
锂离子电池已经成为我们生活中不可缺少的必需品，开发研制出高性能、低成本的锂离子电池具有广阔的市场前景。目前，我国不仅是锂离子电池生产、需求大国，还是锂离子出口大国，比亚迪、比克、天津力神等公司已跻身世界TOP10锂电制造商的行列。根据国家统计局的报告，2005年，中国锂离子电池产量为9亿只，超过全球市场的一半，销售额约30亿美元，出口量4.43亿只，出口额12.9亿美元！另据中国电池行业深度研究报告(2006.9.30)的统计，目前仅我国前十大锂电制造商生产的锂离子二次电池就已经超过了10亿只当前许多知名的汽车制造商都致力于开发采用锂离子动力电池的电动汽车，国家863计划设立了电动汽车重大专项，特别对HEV（混合动力汽车）、PHEV（外接充电式混合动力汽车）、FCV（燃料电池车）用动力锂离子电池关键材料和电池的研发给予大力支持。
锂离子电池中，正极材料一般是含锂的过渡族金属氧化物，如LiCoO2，LiMn2O4、LiFPO4等；负极材料一般为锂-碳层间化合物LixC6；电解液体系为溶解了锂盐的有机溶剂（有机碳酸酯的二元或三元混合溶剂）。锂离子电池原理上是一种浓差电池，正负极活性物质都发生锂离子嵌入-脱出反应。锂离子电池的工作原理如图1-1所示：充电时，锂离子从正极活性物质中脱出，在外电压的驱使下经由电解液向负极迁移；同时，锂离子嵌入负极活性物质中；电荷平衡要求等量的电子在外电路从正极流向负极。充电的结果是使负极处于富锂态、正极出于贫锂态的高能量状态。放电时则相反。在正常的充放电情况下锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入或脱出，一般不破坏晶体结构。
由图1.1可知该电池的工作过程仅仅是锂离子从一个电极脱嵌，进入另一个电极嵌入的过程。充电时，锂离子从正极化合物中脱出嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，锂离子从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。为保持电荷的平衡，充、放电过程应有相同数量的电子经外电路传递，与锂离子一起在正负极迁移、使正负极放生氧化还原反应，保持一定的电位。工作电位与构成电极的插入化合物的化学性质、锂离子的浓度有关。以石墨/锂钴氧电池为例，充电时正极LiCoO2中的锂离子迁出，经过电解液，嵌入石墨的碳层间，在电池内形成Li-GIC锂碳层间化合物；放电时，过程刚好相反，即锂离子从石墨负极的层间迁出，经过电解液，进入正极LiCoO2。
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