高性能锂离子电池LiNi0.5Mn0.5O2正极材料的水热合成及性能研究(2)
的锂离子电池。金属锂电池的工作电压很高，放电电压平稳。尤其突出的优点就是金属锂电
池比能量高，储存性能好，自放电率低。但是金属锂电池也存在着非常多的问题，其中最严
重的就是由于金属锂电极的电极表面不平整造成的锂枝晶，而后并发的一系列问题。锂枝晶
是由于锂表面电位不均匀导致充电过程中锂沉积的不均匀而形成的。锂枝晶的存在带来了很
多的安全隐患，一方面，会造成“死锂”现象；另一方面，可能会发生短路，甚至引起电池爆炸。
20 世纪80 年代初期，阿曼德（M.B.Armond）首次提出了使用嵌锂化合物来代替二次锂
电池中金属负极的构想，即“摇椅电池”（Rocking Chair Batteries)构想,摇椅构想为锂离子二
次电池的实用推广提供了可能，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子在正负正极之间来回
运动，这样的电化学储能方式被形象的成为“摇椅电池”。在摇椅电池构想中，正极和负极
材料均采用锂离子嵌入、脱嵌材料。1987 年问世的 MoO2 (或 WO2)/LiPF6-PC/LiCoO2型“摇
椅电池”具备很多的优良性能，在安全性和循环寿命都有了极大的改善。1990 年日本学者采
用碳化合材料来替代金属锂材料用作负极材料， 使用具备脱嵌和嵌入 Li+的氧化钴材料作为正
极材料，终于研制出实用化锂离子二次电池。1993 年美国贝尔公司研制的使用了聚合物作为
部分材料的锂离子电池，在1999年实现商品化并大规模推入市场[1-3]。1.2 锂离子电池
1．2.1 锂离子电池的工作原理
锂离子电池是一种可以循环使用的化学电源。普通的锂离子电池是由两个可以可逆地脱
嵌锂离子的化合物作为电池的正负两极构成的。我们一般性分析认为，锂离子电池的机理是Li
+在电池充放电过程中，能够自由地在正负两极的化合物中重复可逆地嵌入和脱嵌。在充放电过程中，伴随着化学能和电能的相互转化，从而达到电池的工作目的。具体地分析来看，在充电过程中，在外加电场的作用下 Li
+从正极化合物中脱嵌，经过电解质，Li+穿过隔离膜向负极移动，从而能够嵌入到负极的石墨的层状结构中，同时电子电荷
从外电路供给碳负极，保证负极电荷平衡。因为隔离膜只能允许锂离子通过，阻隔电子通过。
充电过程中，外加的电能转化成了电池的化学能，储存在电池内部。而放电过程的话则完全
相反，在负极材料上储存的部分 Li 失去一个电子变成了 Li
+，然后从负极脱嵌，再进入电解
质，穿过隔膜向正极方向迁移，嵌入正极材料。在这一放电过程中，电池中储存的化学能又
重新转化成了电能。正是这样的一个充电以及放电的过程，保证了锂离子电池的可逆循环使用。
相对于之前的金属锂电池而言，锂离子电池有一个非常大的优势，就在于我们完全不用
考虑在金属锂电池中锂枝晶的问题，这是因为锂离子电池充放电过程中只涉及到锂离子的充
放电，与金属锂的充放电无关，这样就解决了锂离子电池的循环性以及安全性问题。
1.2.2 锂离子电池的组成和特点
普通的一些锂离子电池主要由正、负极、隔膜和电解液等组成的[4]。正极材料采用嵌锂
型化合物，像一些钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、还有镍钴锰酸锂三元材料等[5]。负极材料主要
采用的是无定型石墨材料以及石墨化碳材料，除了这些，还有硅基材料、氮化物、新型合金
和其他材料。在电池中用到的隔膜，是一种具有微孔结构的经特殊成型的高分子薄膜，它可
上一篇：球形金属粉末的制备结构和性能研究