當(dāng)前,人類對新型綠色能源日益增長的需求正在推動大規(guī)模儲能系統(tǒng)（LSESSs）的發(fā)展。鋰離子電池因其具有比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于軍事和民用設(shè)備中,如移動電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、電動汽車等。因此鋰離子電池是LSESSs的理想選擇。目前,以石墨為負(fù)極材料的商用鋰離子電池已不能滿足人們對高能量密度、長循環(huán)壽命和快速充放電的需求。因此,開發(fā)新型的負(fù)極材料來替代傳統(tǒng)石墨材料成為當(dāng)前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。過渡金屬氧化物被認(rèn)為是鋰離子電池負(fù)極材料非常有前途的候選者,因?yàn)樗鼈兲峁┑目赡姹热萘勘葌鹘y(tǒng)石墨大約高2到3倍,同時(shí)具有生態(tài)友好性、耐腐蝕性和良好的成本經(jīng)濟(jì)性。另外,除了材料種類之外,材料本身的結(jié)構(gòu)對電化學(xué)性能的影響也很大,通過設(shè)計(jì)合理的納米結(jié)構(gòu)能夠縮短離子擴(kuò)散距離和提供連續(xù)的電子傳輸途徑,對材料的電化學(xué)性能有很大的提升。近年來,隨著鋰資源的不斷開發(fā)及其價(jià)格的上升,鈉離子電池（NIB）和鉀離子電池（KIB）系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注,由于它們的工作機(jī)理與鋰離子電池相似,且Na和K的儲量比Li更為豐富,因此NIB和KIB有取代鋰離子電池趨勢。然而,所有這些電池系... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

013-2020年全球鋰離子電池產(chǎn)量[25]

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.22013-2020年全球鋰離子電池市場規(guī)模[25]Figure1.2Globallithiumionbatterymarketsizeof2013-2020.當(dāng)前，全球鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出四個(gè)特點(diǎn):一是動力電池驅(qū)動效應(yīng)的出現(xiàn);二是產(chǎn)業(yè)發(fā)展重心進(jìn)一步向我國轉(zhuǎn)移;三是技術(shù)創(chuàng)新的步伐加快;四是產(chǎn)業(yè)融合持續(xù)加強(qiáng)。在國內(nèi)，中國已成為世界上鋰電池發(fā)展最活躍的地區(qū)。如圖1.1,在產(chǎn)量方面，2017年中國鋰離子電池產(chǎn)量約為88.7GWh，同比增長29.3%。動力電池產(chǎn)量44.5GWh，是3C以上產(chǎn)品最大的消費(fèi)端，新能源汽車的消費(fèi)占總生產(chǎn)的50%。動力電池正成為中國鋰離子電池行業(yè)最大的驅(qū)動引擎，新能源汽車銷量的逐年增長、電池的改革升級、鋰電池逐漸取代鉛酸電池以及出口市場的擴(kuò)大都是動力電池的推動因素。市場重點(diǎn)將進(jìn)一步向電力應(yīng)用轉(zhuǎn)移，國內(nèi)生產(chǎn)鋰離子電池的各企業(yè)已經(jīng)迎來了非常好的發(fā)展機(jī)遇[1,2,5,9]。1.3鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理：充電時(shí)，鋰離子通過電解質(zhì)從正極材料轉(zhuǎn)移到負(fù)極材料，電子通過外電路從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極。放電時(shí)鋰離子通過電解液從負(fù)極材料轉(zhuǎn)移到正極材料，電子通過外部電路從正極轉(zhuǎn)移到負(fù)極。在每個(gè)充放電循環(huán)中，鋰離子在負(fù)極和正極之間來回穿梭。所以，鋰離子電池被稱為搖椅式電池。另外，有機(jī)體系鋰離子電池工作電壓可以高于3V，這是與水系電池相比最重要的優(yōu)點(diǎn)之一[26]。圖1.3為鋰離子電池工作示意圖。

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文7圖1.3鋰離子電池工作原理示意圖Figure1.3Schematicdiagramofworkingprincipleoflithiumionbattery.鋰離子電池包括負(fù)極、正極、集流體、隔膜、電解質(zhì)、外電路。負(fù)極由石墨、導(dǎo)電碳和聚偏氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑制成，負(fù)極集流體由銅箔制成。正極由導(dǎo)電碳、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑和鋰化合物組成，例如：LiCoO2、LiMn2O4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2和LiFePO4是最常用的正極化合物[27]。正極集流體由鋁箔制成。隔膜由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)制成。常見的電解液為六氟磷酸鋰(LiPF6)，溶解在碳酸乙烯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)或這些物質(zhì)的混合物中。電池殼由金屬或塑料制成，密封件由塑料制成[28]。1.4鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料需要有較高的能量密度、功率密度、循環(huán)性能以及可靠的安全性能，所以正極材料理應(yīng)滿足下列基本條件：①材料本身需要含有鋰，來提供首次放電過程中在負(fù)極材料表面形成SEI膜所消耗的Li+，以及在后續(xù)的可逆充放電過程中所用到的Li+；②能夠提供較高的電極電位，輸出電壓越高，電池的能量密度越大；③在充放電過程中，電壓平臺保持穩(wěn)定，以保證電極輸出電位的穩(wěn)定；④在放電過程中的放電平臺較平，能夠保證脫嵌的Li+數(shù)量大；⑤Li+在正極中的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)較高，電極與電解質(zhì)之間的界面穩(wěn)定，具有高的功率密度，使得鋰離子電池可以適應(yīng)較高的充放電倍率，滿足動力型電源的需求；⑥正極材料在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定好，可逆性好，從而保證電池的循環(huán)穩(wěn)定性好；⑦有較高的離子和離子電導(dǎo)率；⑧資源豐富，成本低廉并且擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定


本文編號：3221696