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毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
1. 锂离子电池的介绍
锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电、自放电率低等优点。作为一类重要的化学电池，锂离子电池由手机、笔记本电脑、数码相机及便携式小型电器所用电池和潜艇、航天、航空领域所用电池，逐步走向电动汽车动力领域[1]。在全球能源与环境问题越来越严峻的情况下，交通工具纷纷改用储能电池作为主要动力源，锂离子电池被认为是高容量、大功率电池的理想之选。然而，为了应用于电动汽车（EVs）等大型系统中，还需要付出大量的努力去探索具有较高的能量密度和功率的电极材料。
锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池主要由以下几个部分组成：电极（活性物质）、电解液、隔膜、黏结剂、外壳。电极是电池的核心由活性物质和导电骨架组成[2]。正负极活性物质是产生电能的源泉，是决定电池基本特征的重要组成部分。对锂离子电池而言，对活性物质的要求是：首先组成电池的电动势高，即正极活性物质的标准电极电位越正，负极活性物质的标准电极电位越负，这样组成的电池电动势越高。目前商品化的锂离子电池的正极活性物质一般为LiCoO2,目前科学研究的热点正朝着无钴材料努力，市场上部分正极材料采用LiMn2O4等[3]。
2. 锂离子负极材料的发展
锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体，在充放电过程中它实现锂离子的嵌入与脱出。从锂离子电池的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起着决定性的作用，正是由于碳材料的出现解决了金属锂电极的安全问题，从而直接导致了锂离子电池的应用。作为锂离子电池负极材料应满足以下要求：①插锂时的氧化还原电位应尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；②锂能够尽可能多地在主体材料中可逆的脱嵌，比容量值大；③在锂的脱嵌过程中，主体结构没有或很少发生变化，以确保好的循环性能；④氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能的少，这样电池的电压不会发生显著变化，可以保持较平稳的充放电；⑤插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这样可以减少极化并能进行大电池充放电；⑥具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面膜；⑦锂离子在主体材料有较大的扩散系数，便于快速的充放电；⑧价格便宜，资源丰富，对环境无污染。按其组成分，负极材料可以分为碳负极材料和非碳负极材料两大类[4]。碳材料主要包括石墨及石墨化碳材料、非石墨类（无定型）碳材料两类。非碳负极材料包括锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料，过渡金属氧化物和其他一些新型的合金材料。
3. 过渡金属氧化物负极材料的研究
3d过渡金属氧化物(MnO2,NiO等)通过与Li发生转换反应存储电荷,其中的电化学还原反应导致至少两个锂离子发生传输,这使得纳米级的金属团簇分散在Li2O集体中由于金属团簇尺寸很小,此反应显示出了很好的可逆性能。3d过度金属氧化物的理论容量可达到800mAhg-1,这远远高于石墨的理论容量,因此过渡金属氧化物负极材料得到了广泛的关注[5]。过渡金属氧化物还有电压可优化的优点,这是由于M-O键接影响平衡电压,电位可通过改变金属阳离子来改变。储藏丰富且价格便的金属(例如铁、锰等)提供了电极的多样性。是一种十分有前景的负极材料。
3.1过渡金属氧化物负极材料存在问题及改进方法
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