普鲁士蓝类化合物在锂离子电池中的应用文献综述

 2021-09-25 20:36:51

毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.1 前言

能源与人类社会生存和发展密切相关，可持续发展是全人类的共同愿望与奋斗目标，而化石燃料燃烧时会排放出SO2、CO、CO2、NOx等对环境有害的物质，对人类生存的环境造成极其严重的破坏，并且化石燃料不可再生的特性，促使人们开发新的材料和新的能源技术，解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染，是对科学技术界的挑战，也是对电化学的挑战。为了以绿色能源代替化石燃料，二次电池的开发和利用起到很重要的作用[1]。

目前广泛使用的二次电池主要有铅酸电池、镉镍电池、金属氢化物镍电池和锂离子电池。与其他充电电池相比，锂离子二次电池具有放电比能量高、工作电压高、充放电寿命长、对环境无污染、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充电、自放电率低等优点使其成为理想电源，并且随着高新技术的发展，锂离子电池制造技术的日益成熟和所需成本的日益下降，促使锂离子电池不断产业化。极大的提高了家用电器和现代移动通讯的发展速度，并促进电信技术、国防军工的发展。锂离子电池已经日益成为当今军用导弹、宇宙飞船、人造卫星、潜艇、鱼雷、飞机、火箭等现代社会人类高科技领域必备的化学电源之一，而锂离子电池因具有高功率大容量的特性将有望成为绿色电动汽车的理想电源，在储能领域有着光明的前景[2]。

1.2 锂离子电池概述

1.2.1 锂离子电池的发展现状

锂只有一个价电子，比重为0.534gcm-2，原子量为6.94gmol-1。锂的标准电极电势在同族元素中很低，其对氢电极的标准电极电位为-3.045 V，是电负性最低的金属元素。因此，以金属锂为负极，选择适当的材料作为正极，所组成的电池体系可以获得很高的电动势。锂电池和锂离子电池是20世纪开发的新型高能电池。

锂电池一般指锂一次电池和锂二次电池。金属Li做为电池的负极材料，正极用MnO2，SOCl2，(CFx)n，MHCF等。20世纪50年代开始研究锂一次电池，70年代进入实用化。因其具有高比能量、工作温度范围宽、工作电压高、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，并且已经部分代替了传统电池。已实用化的锂电有Li-MnO2、Li-I2、Li-CuO、Li-SOCl2、Li-SO2、Li-Ag2CrO4等。锂二次电池的研究最早开始于20世纪60-70年代，当时主要注意力集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系。这种电池体系沿用了金属锂作为负极材料。与原始电池相比，这种电池在充电的时候，因金属锂电极表面不均匀导致其表面电位分布不匀，进而造成金属锂的不均匀沉积。不均匀沉积过程会导致金属锂在某些部位沉积过快，产生锂枝晶。当枝晶生长到一定程度时，一方面发生折断产生死锂，造成锂的不可逆，降低活性材料的利用率；另一方面，锂枝晶会穿透隔膜，使正、负极产生短路发生自放电，产生大量热量，使电池容易着火甚至发生爆炸，给使用带来很严重的安全问题。锂的活性很高，容易与电解质溶液发生反应从而产生高压，造成危险，阻碍了二次锂电池的研究和发展[3,4]。

安全问题一直限制着这种金属锂体系二次电池的商业化。1990年，日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池[5]。与此同时，Moli和Sony两个比较大的电池公司推出以碳为负极的锂离子电池。经过20多年的探索，用石墨结构的碳材料取代金属锂负极，用氧化钴锂作为正极，用LiPF6的EC或DMC有机溶液作为电解质构成的电池体系可望解决锂二次电池带来的安全隐患。这种电池是锂离子电池发展的一个重大突破，推动了高功率电源组的产生。1993年，美国Bellcore报道了采用PVDF制成聚合物锂离子电池（PLIB）[6]。同时，国内生产PLIB电池的公司在20世纪90年代问世，1999年12月厦门宝龙工业有限公司、2000年7月广州惠州TCL金能电池有限公司也先后出现。随着制备技术和相关材料的发展，锂离子电池的能量密度和电化学性能持续得到提高[7]。

1.2.2 锂离子电池工作原理及其优缺点

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