锂离子电池与传统的二次电池如铅酸电池、Ni／Cd电池、Ni／MH电池等相比，在比功率、能量密度及充放电性能方面有着明显的优势。而且，锂离子电池还有着循环寿命长、自放电率低、“绿色”环保等优点，目前已广泛应用于小型用电器中，并正积极向空间技术、国防工业、电动汽车、UPS等领域发展。锂离子电池技术的关键在于嵌入式电极材料的成功开发。本文详细介绍了锂离子电池正极材料，特别是LiCoO₂材料的发展现状；并对锂离子电池的技术现状和发展趋势作了总结。运用理论电化学的基本原理，分析了LiCoO₂材料对锂离子电池性能影响的机理。在此基础上对锂离子电池的制造技术和性能进行了研究，并对车用动力型锂离子电池的制造与性能进行了初步研究。 采用XRD、BET、SEM、激光粒径分析等方法，分析了四种商品化LiCoO₂材料的晶体结构、物理化学性能以及形貌特征；并采用电化学测试方法研究了LiCoO₂电极反应的动力学特征。重点比较了不同厂家生产的LiCoO₂的晶体结构特征，以XRD图中（003）峰和（104）峰的强度比值I₀₀₃／I₁₀₄来表征LiCoO₂晶体的层状结构。采用大幅度恒电位阶跃技术测定了四种LiCoO₂样品中Li⁺离子的扩散系数，有着较大的I₀₀₃／I₁₀₄比值的LC2#LiCoO₂样品，Li⁺离子在其中的扩散系数最大。表明，I₀₀₃／I₁₀₄的值越大，LiCoO₂晶体的层状结构越完整。对Li⁺离子在LiCoO₂电极中的扩散系数进行测量时，提出了LiCoO₂球形电极的扩散模型，运用Fick第二定律推导出了Li⁺离子在LiCoO₂电极中的扩散系数D_Li+的表达式。 采用极小过电位下（5mv）的线性极化，使电极反应处于电化学控制，测定了LiCoO₂电极的交换电流密度。发现：未经充放电活化的LiCoO₂电极交换电流密度很小，LiCoO₂晶体没有电化学活性，其结构呈现出半导体的性质；随着少量Li的脱嵌，LiCoO₂电极的交换电流密度迅速升高，LiCoO₂晶体呈现出了导体的性质。随着Li的进一步脱嵌，由于LiCoO₂中Li⁺离子浓度的下降，电极的交换电流密度又出现下降趋势。 应用交流阻抗技术对LiCoO₂电极反应过程中电极界面变化进行了研究，测得了不同电位下LiCoO₂电极的交流阻抗Nyquist图谱。典型的LiCoO₂电极的Nyquist图谱由三部分组成：高频部分不随电极电位变化的半径较小的半圆，是由电极表面生成稳定的Li₂CO₃覆盖膜引起的。中频部分的半圆为电化学极化阻抗；低频部分是由扩散控制引起的与实轴成45°角的直线。由Nyquist图求得的LiCoO₂电极的交换电流密度与线性极化测得的值一致。 对四种LiCoO₂材料的充放电性能进行了比较研究，结果表明具有良好的动力学特性，尤其是扩散系数较大的LC2#LiCoO₂充放电性能和循环性能优于其它样品。对四种样品LiCoO₂制得的实验电池的电化学性能的测试也验证了上述结果。 对锂离子电池制造过程中的关键工序：正极成型工艺、负极成型工艺以及电解液体 中南大学硕士学位论文 摘要 h 系地选择进行了研究。提出了正负极浆料配制过程中的常规方法和高温配料方法，以适 应于不同的生产环境；对正负极浆料的涂布过程，提出了有望取代目前成本高、生产环 境不友好、有一定毒性的N’MP＋PVDF粘接剂体系的水溶性粘接剂体系。水溶性粘接剂 制得的试验电池测试的结果证明了这一观点；经过实验筛选指出lmol·L匕iliFwC＋ ＊＊C＊：1体积比)的电解液有利于改善电池的循环性能。 研究了理离子电池的充放电性能、放电电压特性和循环性能，结果表明：理离子电 池的大电流性能，尤其是大电流下电池的电压特性明显变差，一般使用时最好不超过ZC 倍率对电池进行充放电。利用本研究工艺制得的理离子电池有着非常优良的循环性能， 本文测得，063048型试验电池循环500次容量仅下降了5．05％。 研究了理离子电池的贮存性能，指出：锣离子电池在长期贮存时，不应以高于60％ 的荷电态进行贮存，最佳贮存荷电态为40％。测量了理离子电池在贮存过程中的电压变 化，结果表明：理离子电池自放电一般发生在贮存初期，特别是前5天电池的电压变化 很明显。在此基础上，提出了利用电池第2－5天的电压下降值的大小快速筛选自放电异 常的电池。 初步研究了车用动力型理离子电池的制造工艺、充放电性能和循环性能，计算了实 验电池的质量比能量和体积比能量。对车用动力型锤离子电池提出了设计思路和原则工 艺，由此制得的20An动力型理离子电池的充放电性能和循环性能都较为理想，0．SC倍 率充放电工作性能较好，接近甚至超过国外报道的C／3倍率下的数据。本研究20Ah动 力电池的质量比能量接近国外先进水平，但体积比能量较差，还需进一步改进。