葛宇林
哈尔滨光宇蓄电池股份有限公司 黑龙江哈尔滨 150028
摘要：由于锂离子电池具备重量轻、体积大、无记忆效应等优势，所以越来越获得人们的广泛应用。基于此，本文将详细地阐述锂离子电池的工作原理，同时再进一步介绍其关键材料，希望能够给同行带来一定的参考价值。
关键词：锂离子；电池；工作原理；关键材料
引言
锂离子电池作为一种能够有效转化及储存能源的重要设施之一，近几年来获得了较为广泛地应用。高功率以及高容量的正负极材料是锂离子电池的重要构成部分，此时进一步探究低成本、高能量密度的锂离子电池材料，已经成为未来发展过程中需要研究的课题之一。
1锂离子电池的工作原理分析
锂离子电池包括如下几部分，包括正极、负极、电解质以及隔膜等。当为电池进行充电的过程中，锂离子就会从正极脱出，利用电解质以及隔膜，转移至负极之中。同理，当电池在放电的过程中，锂离子就会从负极释放，利用电解质以及隔膜，再次转移至正极之中。
2锂离子电池正极材料分析
正极材料不是锂离子电池重要的锂源，同时也能够给锂离子提供脱出或者嵌入的功能，此时研究人员要充分地重视插入时的一个主体，它的设计与选材对锂离子电池的发展尤为重要。评估锂离子电池功能的参数就涵括比能量、循环属性、安全性、费用以及其对环境的影响等等，在设计和选取电极材料的过程中，务必要系统化考量上述因素。现如今，锂离子电池正极材料的研究重点就在于LiCO2为代表的层状化合物；以LiMn2O4为代表的尖晶石结构的化合物。
3锂离子电池负极材料分析
现如今，普遍采取的锂离子电池碳负极材料就涵括了石墨、碳纤维、炭黑玻璃炭等等，在此之中，石墨以及中间相碳微球具备较为理想的应用价值。采取钛酸锂作为负极材料的优势在于具备较有的性能，充电期间体积变化不明显，不过充放电率相对较高。较之于过往石墨锂离子电池，作为负极材料的锂离子电压要小1.3伏，而倘若正负极容量比重配合适度的前提之下，电池电压变化就会变得愈加显著，除此之外，钛酸锂是一项零应变物料，其应用周期相对较长，同时稳定水平较高，嵌锂电位高，实际的比容量高达165mAh/g，锂离子的扩散参数高达2310-8cm2/s，较之于碳负要明显高于一个数量级，同时不能够和电解液产生反应，生成锂晶枝，其成本较低。
通常将钛酸锂当作锂离子电池的负极材料，可以和锰酸锂以及三元材料等正极材料一同构成锂电池，由钛酸锂材料构成负极，同时要以碳当作负极锂电池隔膜，将碳当作负极锂电池电解液，锂电池壳同时也能够把碳当作负极。
4电解质材料
现如今，当下最为普遍的锂离子电池电解质即涵括非水液体电解质、固体聚合物电解质以及离子液体。非水液体电解质是液体锂离子电池中比较重要的构成部分，所采取的锂离子电池要具备如下几个特点，其一，电导率相对较高。其二，热稳定程度较高，在既定的温度范畴中不会出现分解反应；其三，电化学窗口相对较宽，通常要平稳在4.5伏之上；其四，化学平稳度高，不会和正极、负极以及集电体等等出现反应；其五，给离子具备较为理想的溶剂化属性；其六，缺少毒性，蒸气压相对较低，应用安全；其七，推动电极进行可逆反应。最后，在制作起来较为便捷，成本费用较低。在上述因素之中，化学平稳度、安全性和反应速度是重要因素，上述因素是做到锂离子电池低内阻，长使用周期以及高安全性的关键条件。
合理选取锂盐、有机溶剂，进一步改善电解质溶液能够有效地提升电池的循环效率、运作电压、操作室温和储蓄期限等，这就成为研发锂离子电池的重要技术之一。长期以来，离子液体是一项重要的“绿色溶剂”，与此同时，离子液体具备高热稳定性，不易挥发性等特点，同时对于诸多有机物以及无机物而言，具备较为理想的溶解性。由于离子液体的上述特征，顺应了锂离子电池的发展态势。
电解液作为锂离子电池重要的材料之一，常常被大众称为锂离子电池的重要“血液”，在电池内正负极间发挥着较为显著的电子效用，同时还能够帮助锂离子电池具备高电压、高比能等优势上的保障。电解液通常就是由高纯度有机溶剂、电解质锂盐等原材料，在一定基础之上，根据一定比重制作而成。锂离子电池利用本身的优点能够迈向更为广阔的产业群，即汽车动力电池行业，为了更加高效地顺应产业群的发展态势，将来在研究锂离子电池电解液材料的过程中务必要聚集在新型溶剂、离子液体以及添加剂之中，和先进的正、负极材料彼此契合，进而给锂离子电池相对很高的功率以及容积。如此一来，才能够有效地运用至电动车、航天以及其他的各个行业。为了契合锂离子电池领域将来发展的需求，就务必要研发出较为安全且适应度很高的动力电池电解液材料。通常需要从电解液溶剂、溶质以及添加剂进行充分地考量。
除此之外，操作人员还应该尽可能地选取既定工作温度范畴的溶剂，其溶剂熔点要在零下四十度之下，同时其沸点要控制在150摄氏度之上。电化学窗口宽的溶剂可以更好地避免在荷电基础下的电解液的氧化还原反应，而且还能够进一步提升电池的循环平稳性。例如，还应该充分地考量采取离子液体以及多组分溶剂等等，进而更好地提升动力电池的稳定程度。与此同时，选取较为理想的溶质，提升电池的环境适用度。在条件允许的情况下，还应该适当地增添一定数量的阻燃添加剂等等。所采取的阻燃添加剂还能够保证电池内部的稳定，一旦出现热失控的现象，那么电解液就不会自燃，让电池安全性获得有效地保障。同时，之所以要采取正负极成膜添加剂，就能够有效地维护正负极材料在充电情况下，还能够和电解液出现接触反应，利用成膜的手段，还应该要把高度活性的正负极以及电解液分离开来，进而避免电解液在电极表层下进行反应。
5正极材料的展望
首先，LiCoO2在未来发展正极材料的过程中具备较多的潜质，同时还具备较为理想的电化学属性，同时运作电压是3.6伏，制备工艺技术比较先进，尽管其容量仅为理论体积的一半，不过，利用微掺杂以及包覆都能够让钴酸锂的综合属性有所优化，大幅度地加强了循环的性能。现如今，亟待处理的问题就在于与电解液的相容性不够好，钴资源储蓄量较少、成本相对较高等等，现如今，LiNiO2的储存量以及成本上具备优点，不过其还存在运作电压低以及很难制备的现象。在掺杂之后，三元材料以及多元材料发展态势较为猛烈，现实容量以及钴酸锂比较相近，其费用相对较少，特别适合用于小型电池以及动力电源。与此同时，LiMn2O4同样也具备诸多优点，不过考虑到其具有与电解液相容欠佳的缺点，所以常常会产生高温容量锐减的不良问题。其次，结构平稳、循环属性优异的聚阴离子型化合物作为一种比较具有前景的锂离子电池正极材料，不过其电化学属性受到较差锂脱嵌动力学方面的约束，同时还具备很大的探究空间。第三，LiFePO4是新一代锂离子电池正极物料，具备诸多的优势，只要求在合成手段、掺杂工艺和掺杂物品质的配比上予以探索。
结束语
综上所述，锂离子电池具备质量较轻、污染小、无记忆效应、应用周期长等特征，近几年来，锂离子电池中正负极活性材料、电解质和隔膜被越来越多人的探索，同时还获得了较为理想的发展，伴随锂离子电池的迅猛发展，电池材料的行业也将获得较好的发展潜力，同时将会是继镉镍、氢镍电池以后发展最为迅速的二次电池。
参考文献
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