鋰離子電池是一種可充電二次電池，鋰電池的正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜被稱為鋰電池的四個(gè)最核心材料。正負(fù)極材料主要功能是使鋰離子較自由的脫出/嵌入，從而實(shí)現(xiàn)充放電功能。

鋰離子電池工作原理

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。

鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。

在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”

鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達(dá)100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環(huán)境污染，被稱為綠色電池。

鋰離子電池的應(yīng)用范圍

近年來，鋰離子電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、特種裝備、特種航天等多個(gè)領(lǐng)域。目前鋰電池已逐步向電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域拓展。

鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括5大方面

一、交通動(dòng)力電源

二、電力儲(chǔ)能電源

三、移動(dòng)通信電源

四、新能源儲(chǔ)能動(dòng)力電源

五、航天特種電源

鋰離子電池正負(fù)極材料

正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例。鋰離子電池正極材料是含有鋰的過度金屬氧化物，屬于一類功能陶瓷材料。對(duì)于用于鋰離子電池的材料來說，鋰離子必須能夠在晶體中自由的擴(kuò)散，晶體結(jié)構(gòu)決定了鋰離子的移動(dòng)維數(shù)。目前正在使用和開發(fā)的鋰電池正極材料中，以過渡金屬氧化物所表現(xiàn)出的性能最佳，主要有：層狀鹽結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳酸鋰和鎳錳鈷酸鋰三元材料，尖晶石型的錳酸鋰，橄欖石型的磷酸鐵鋰等鋰錳氧化物。

正極材料一直是鋰離子電池核心，它的選擇直接決定了電池性能的高低。正極材料的選擇主要是，可逆脫鋰和嵌鋰的過渡金屬氧化物，是鋰離子電池的重要成分之一。鋰離子正極材料主要以氧化物為主，目前研制成功并得到應(yīng)用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。

鋰電池負(fù)極材料的發(fā)展是高比容量、高充放電效率、高循環(huán)性能和較低成本。鋰電池主要負(fù)極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰電池負(fù)極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一。

高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池最為活躍的板塊之一。鋰電池負(fù)極材料目前處于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。按鋰離子電池成本比例，負(fù)極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。現(xiàn)階段，鋰離子電池負(fù)極材料主要有碳材料、過渡金屬的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。各種材料的比容量和性質(zhì)又各不相同。

按照材料的組分，通常可以將鋰電池負(fù)極材料分為2大類：碳材料和非碳質(zhì)材料。碳材料負(fù)極進(jìn)一步分類為天然石墨負(fù)極、人造石墨負(fù)極、中間相碳微球(MCMB)、軟炭(如焦炭)負(fù)極、硬炭負(fù)極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等;其他非碳負(fù)極材料主要分為硅基及其復(fù)合材料、氮化物負(fù)極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。

鋰離子電池可以說是目前世界上應(yīng)用最成熟最廣泛的新能源，鋰離子電池具有比能量高、儲(chǔ)能效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，近年來逐步占據(jù)電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及移動(dòng)電子設(shè)備的主要市場(chǎng)份額。鋰離子電池將會(huì)是最受歡迎的電池之一。