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毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
随着我国国民经济持续高速发展，能源资源缺乏，结构不合理，环境污染严重等问题日益突出。清洁的可再生能源成为当前世界各国大力发展的方向，其中风能发电、太阳能光伏发电等已经成为各国新能源发展战略的重点之一。而储能技术在实现节能减排目标和普及可再生能源中具有重大作用，因为它能够解决可再生能源发电非稳态特性和电力系统供需矛盾，以保证高效智能电网稳定运行。在石油的消耗中，交通运输的油耗随着汽车的保有量增加而逐年上升。据预测，到2020年，我国汽车的燃油需求为当年全国石油总需求的57%，汽车将要消耗近一半自产、进口石油。而由于燃烧汽油而产生的尾气也成了中国目前空气严重污染的主要源头。发展电动汽车，节约传统化石能源消耗，降低排放，将促进汽车能源消耗结构的多元化发展，有利于改善能源消费结构、缓解石油的供需矛盾，是减少环境污染、缓解能源紧张，是改善人类生存环境的主要途径之一。
随着智能电网系统及电动汽车的推广与应用，其核心部件之一的储能和动力电池成为研究热点，其主要性能指标是比能量、比功率、使用寿命和安全性能。从现在的发展趋势看来，传统的铅酸和镍氢电池比能量较低，比功率较低，续航里程较短，已不能满足新一代电动汽车和智能电网系统的性能要求，而锂离子电比能量高（120-150 Wh kg-1），比功率大（250-350 W kg-1），循环寿命长（500-1000次），能量密度已达到铅酸电池的3-4倍、镍氢电池的2倍，成为当前最具发展潜力的动力与储能电池。为了满足世界范围内对能源转化和储备日益增长的需求，开发新型高容量、大倍率和长寿命的储锂材料是提高锂离子电池性能的关键，正成为当今锂离子电池研究的热点和方向。
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池发展简史
20世纪六七十年代发生的石油危机迫使人们去寻找新能源替代它。锂是所有单质中质量最小（相对原子质量M= 6.94，密度= 0.53 g cm-3）和电极电位最低（对标准氢电极为-3.045 V vs.SHE）的金属，这些特点决定了锂作为电极材料的电池具有操作电压高、质量比容量高和比能量大等特点。20世纪70年代诞生了一次性锂电池，它以MnO2、SOCl2和(CF)n等材料作为正极，金属锂或锂合金作为负极，高氯酸锂的有机溶液作为电解液。由于其能量高和充电倍率可变，迅速成为手表、计算器和可移植医疗器件的首选电源。同时，科学家们发现层状无机硫族化合物能够与碱金属发生可逆嵌入反应，这种化合物被称为嵌入化合物。锂二次电池在嵌入化合物基础上诞生了，其中最具有代表性的是Exxon公司的Li-TiS2体系。但是该锂二次电池体系未能成功实现商品化，因为锂电极表面的不均匀性导致锂离子沉积在电极表面产生大量锂枝晶，枝晶生长到一定程度会发生折断，产生死锂，造成巨大的不可逆容量[1]，且持续生长的枝晶锂可以穿透电池隔膜并与正极接触致使电池短路，引起电池大电流放电，瞬间产生大量的热，导致电池燃烧甚至爆炸，带来了非常严重的安全隐患。尽管如此，Li-TiS2体系的开发还是对锂二次电池的研究产生了巨大的推动作用。20世纪80年代初，M.B. Armond首次提出用嵌锂化合物代替二次锂电池中金属锂负极的构想，即采用低嵌锂电位的LiyMnYm层间化合物替代金属锂为负极，与高嵌锂电位的化合物AzBw作正极组成锂离子二次电池。其充放电反应式如下
充电
Liy-mMnYm AzBw Liy-xMnYm LixAzBw (1-1)
放电
这个时候，M.Lazzari等人[2]从实验上证实了这一构想的可行性。系统中的正负极材料均是锂离子插入/脱出材料。充电时，Li 从正极脱出嵌入负极，放电时，Li 又从负极脱出嵌入正极，这种电化学储能体系形象地被人们称为摇椅电池（Rocking Chair Batteries）。与金属锂电池相比，这种电池具有安全性好、充放电效率高和循环寿命长的优点，但电池比容量低，Li 在正负极的扩散速度较慢，大电流充放电性能差，且制备工艺复杂，因而未能走向市场。1980年，J. Goodenough等人提出以过渡金属嵌锂氧化物LiMO2（M=Co、Ni和Mn）作为正极材料，揭开了锂离子电池的雏形。同时，1985年碳材料被发现可以作为锂充电电池的负极材料。1986年完成了锂离子电池的原形设计。1989年，A. Manthiram和J. Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。1991年，Sony公司正式向市场推出了第一个商品化的锂离子电池，并于1992年实现了锂离子蓄电池的商品化。1996年，J. Goodenough[3]发现了具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂（LiFePO4），比传统的正极材料钴酸锂更具优越性，因此己成为当前主流的正极材料之一。1999年，锂离子聚合物电池正式投入商业化生产，以日本松下为首的8家公司均有产品推出，因此，1999年被日本人称为锂聚合物电池的元年。随后，各种电子通讯产业对移动电源的大量需求带来了锂离子电池的高速发展。随着新能源和动力汽车开发的浪潮，研究者们正致力于开发具有高倍率性能的锂离子电池材料。
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