自從1958年美國加州大學的一位研究生提出了鋰、鈉等活潑金屬做電池負極的設(shè)想后，人類開始了對鋰電池的研究。而從1971年日本松下公司的福田雅太郎發(fā)明鋰氟化碳電池并使鋰電池實現(xiàn)應(yīng)用化商品化開始，鋰電池便以其比能量高,電池電壓高，工作溫度范圍寬，儲存壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于特種和民用小型電器中，如移動電話、筆記本電腦、攝像機、照相機等。

一、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

所謂鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃度差電池，正負兩極由兩種鋰離子嵌入化合物組成。充電時，鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡，放電時則相反，鋰離子從負極脫嵌，經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極（這種循環(huán)被形象的稱為搖椅式機制）。在正常的充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物層間嵌入嵌出，因為過渡金屬氧化物LiCoO2、LiNiO2中低自旋配合物多，晶格體積小，在鋰離子嵌入脫嵌時，晶格膨脹收縮性小，結(jié)晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此循環(huán)性能好，而且充放電過程中，負極材料化學結(jié)構(gòu)基本不變，因此從充放電反應(yīng)的可逆性看鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆過程。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。

◎當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

◎作為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物包括SnO、SnO2、錫復合氧化物SnBxpyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

◎電解質(zhì)采用LipF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（pC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。

◎隔膜采用聚烯微多孔膜如pE、pp或它們復合膜，尤其是pp/pE/pp三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。

◎外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。

二、鋰離子電池的種類

根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIp)兩大類。

液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2，負極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅作集流體。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。

由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會像液體電解液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50%以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。

三、鋰離子電池的應(yīng)用及前景

了解了鋰離子電池的原理之后，下面我們來看一下鋰離子電池的應(yīng)用：

鋰離子電池的一個應(yīng)用方向是電動汽車。進入20世紀80年代，由于工業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)量劇增，大氣污染成分的63%來自燃油汽車，為了根治汽車尾氣對環(huán)境造成的污染，電動汽車及電動汽車電池的開發(fā)研究成為國內(nèi)外汽車行業(yè)發(fā)展的新熱點，而目前電動汽車商品化的難題主要是電池性能滿足不了要求，而且價格高，體積大，質(zhì)量大，而鋰離子電池由于具有比能量高，自放電小，循環(huán)壽命長，無記憶效應(yīng)和對環(huán)境污染小等優(yōu)點，成為實現(xiàn)中期目標的電動汽車動力電池之一，1997年7月，美國試驗的NissanAltraEV配備了songLA4LB（94Ah,28.8V，90WHkg-1，30㎏）鋰離子電池，并于1998年推向加州市場，1997年10月，法國推出了歐洲第一輛使用鋰離子電池的電動汽車peugeot106EV。目前，在鋰離子動力電池研究方面領(lǐng)先的廠商有日本Song、德國Varta和法國Saft，而未來，具更高能量的聚合物鋰離子電池（pLIB）將成為遠期目標的電動車用鋰離子電池。

而鋰離子電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域為便攜電子產(chǎn)品，如手機、筆記本電腦。目前，移動電話和筆記本電腦兩個領(lǐng)域的液態(tài)鋰離子電池（LIB）用量已占全世界鋰離子電池市場的90%，1999年，全世界的移動電話有42%使用LIB電池，筆記本電腦有67%使用LIB電池，據(jù)估算，到2010年，移動電話和筆記本電腦所用的電池中LIB電池和pLIB電池將會占有71%的市場。中國1999年底，已有移動電話用戶4600萬人，占全國人口的4%，手機擁有量名列世界第三位，到2001年，中國擁有手機的數(shù)量已占全國人口的10%，而發(fā)達國家移動電話用戶已達30%，可見，中國具有巨大的鋰離子電池潛在市場，2001年，全球鋰電池用量已達6.65億只，其中，諾基亞、摩托羅拉、愛立信三大廠商共銷售鋰電池2.1億只，日本鋰電池產(chǎn)值，目前仍占全球的90%以上，日本三洋、松下、索尼是世界前三名的生產(chǎn)廠家，可以說，隨著手機和筆記本電腦的普及，鋰離子電池已經(jīng)與我們實現(xiàn)了零距離，而我們越來越關(guān)心的是如何判斷電池性能的好壞，及如何去保養(yǎng)電池，下面簡單談一下這兩個問題：

電池性能一般通過以下幾個方面來評價：

（1）容量：容量是指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時間的積分，一般用mAh或Ah來表示，它直接影響電池的最大工作電流和工作時間。

（2）放電特性和內(nèi)阻：放電特性是指電池在一定的放電制度下，其工作電壓的平穩(wěn)性，電壓平臺的高低以及電流放電性能等，它表明電池帶負載能力。

（3）貯存性能：貯存一段時間后，電池會因某些因素的影響使性能發(fā)生變化，導致電池自放電，電解液泄漏，電池短路等。

（4）循環(huán)壽命：指電池按照一定的制度進行充放電，性能衰減到某一程度時的循環(huán)次數(shù)。

（5）內(nèi)壓和耐過充電性能：如果電池內(nèi)部壓力達不到平衡或平衡壓力過高，就會使限位裝置開啟而引起電池泄氣或漏液，從而導致電池失效，如果限壓裝置失敗，則有可能引起電池殼體開裂或爆炸。

國際上規(guī)定了非常嚴格的標準，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應(yīng)滿足以下條件：

（1）短路：不起火，不爆炸

（2）過充電：不起火、不爆炸

（3）熱箱試驗：不起火，不爆炸（150℃恒溫10min）

（4）針刺：不爆炸（用Ф3㎜針穿透電池）

（5）平板沖擊：不起火，不爆炸（10㎏重物自1m高處砸向電池）

（6）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池）

綜上所述，鋰離子電池自上世紀初產(chǎn)業(yè)化以來，一直處于快速發(fā)展的趨勢之中。目前鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用于移動通訊、筆記本電腦、數(shù)碼相機等便攜式產(chǎn)品，同時其作為動力電池的基本條件已經(jīng)具備，正在向電動自行車、摩托車及汽車等方向發(fā)展?？梢?，鋰離子電池的市場前景和容量均較為廣闊，根據(jù)新材料在線的預測，全球鋰電池的需求將保持年均10%左右的增長速度，我國的鋰離子電池需求量也將保持快速增長趨勢。因此對于眾多鋰離子電池生廠家來說，進一步改善其設(shè)計及提高其性能，盡早設(shè)計出安全實用、質(zhì)量優(yōu)異的產(chǎn)品，就能更早的在市場中占據(jù)領(lǐng)先地位，搶占商機。