锂离子电池(Lithium-ion Battery,LIB)作为二次电池(可充电电池)的代表,是目前应用最为广泛的电池。锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解液、外壳等组成[5],循环时依靠锂离子通过内电路在正极与负极之间的嵌入和脱嵌以及电子在外电路的往返来实现充电与放电[6]。根据正极材料、包装以及用途都可对其分类,锂离子电池在长期的充放电循环下,内部会产生一系列的副反应,包括析锂、固体电解质界面(SEI)膜生长等,降低电池的容量,当电池容量降低至初始容量的80%时,即定义为电池一次寿命的终结[7]。其特点是比能量高、寿命长、工作电压高、使用温度范围广、无记忆效应、自放电小以及对环境友好[8][9],因此 广泛应用于新能源汽车、电网储能以及便携式电子设备等领域中[4]。 发展历史
20世纪50年代美国国防部和美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)以金属氟化物为正极、锂金属为负极研究高能量密度的电池,但由于锂枝晶等原因性能并不理想。[10] 20世纪70年代,美国埃克森美孚公司(Exxon Mobile)的惠廷汉姆(Whittingham)领导科研团队发现锂离子可以再中极快速的迁移,进而首次设计出了正极为,负极为锂金属的锂电池,虽然其不稳定且能量密度较低,但依旧使用了40年之久。[10] 1980年,美国得州大学奥斯汀分校机械工程系古迪纳夫(Goodenough)团队从材料中优选出作为正极材料,4V的高电势提高了能量密度,但负极材料仍然是锂金属。[11]