OPTON的微观世界|第22期 SEM技术在Li电池中的应用（上）

随着全球能源与环境问题不断凸显，发展新能源汽车已成为世界各国的共识，欧洲多个国家已经制定了燃油汽车限售的时间表，同时据人民网消息，我国工信部表示我国已启动研究传统燃油车的退出时间表，这一消息使得新能源汽车与锂电池产业站在了资本的风口，那么作为新能源汽车的重要一个方面的锂电池产业又将呈现更广泛的应用潜力。那么今天小编就将简单介绍一下Li电池的基本原理与其组成的正负极材料。

首先，我们来介绍一下锂电池的概念。“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可以分为两类：锂金属电池和锂离子电池。其中锂金属电池最早于1912年由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham首先采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂金属电池。由但由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，其安全隐患备受关注，所以，锂金属电池长期没有得到应用。1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。1991年索尼公司发布了首个商用锂离子电池，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。习惯上，人们把锂离子电池也称为锂电池，但这两种电池是不一样的。随着锂离子电池正极材料的发展，多种类型的锂离子电池被研发出来，锂离子电池由于其电压高、电容量高、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电小循环次数多，广泛应用在移动电子设备等民用军用设备中。

锂金属电池：

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应：

Li+MnO₂=LiMnO₂

锂离子电池：

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。如图1显示了锂离子电池的示意图。

图1.锂离子电池示意图

以LiCoO₂为例子

充电正极上发生的反应为

LiCoO₂=Li_(1-x)CoO₂+XLi+Xe^-

充电负极上发生的反应为

6C+XLi+ Xe^-=Li_xC₆

充电电池总反应

LiCoO₂＋6C＝Li_(1-x)CoO₂＋Li_xC₆

一般可选的正极材料有很多，例如：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、三元、富锂相、硅酸铁锂、磷酸锰锂、硫酸氟铁锂。不同的正极材料对应不同的平均输出电压于能量密度：

第一种是碳负极材料：实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

第二种是锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。

第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，没有商业化产品。

第四种是合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，没有商业化产品。

第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。

第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大地提高锂电池的充放电量和充放电次数。

前面已经介绍了当前应用最广范的Li离子电池的基本原理与正负极材料，使我们对锂离子电池有了一个基本的了解，而在电子显微学中，Li离子电池又是如何被表征的呢？下期小编将带您一起去了解，敬请期待。

下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！