鋰離子二次電池通常包含隔膜、正極、負極及有機電解液等基本材料。多種新型材料的優(yōu)化組合，使得鋰電子電池逐步成為手機、手提式電腦等微型移動電子設(shè)備的主要電能存儲設(shè)備。此類新型材料的有效應(yīng)用大大改進了鋰離子電池的性能。因此，加強有關(guān)鋰離子二次電池中材料的應(yīng)用探究，對于改善鋰離子電池材料的應(yīng)用質(zhì)量具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

一、鋰離子電池工作原理

鋰離子嵌入式金屬氧化物與層狀石墨等正負極材料的應(yīng)用，使鋰離子電池在商業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛推廣。此種電池可看作為一類正負電極間的Li+濃差電池。在充電過程中，正極金屬氧化物材料中生成的Li +會嵌入至負極石墨片層中，這時負極具有較高的Li+濃度，而正極    L i +濃度相對較低；在同一時間電子會利用外電路由正極集流體轉(zhuǎn)換至負極集流體，以確保電池體系的整體電荷平衡。在放電過程中會出現(xiàn)與充電相反的電化學反應(yīng)，負極石墨片層中生成的Li+會嵌入至正極金屬氧化物材料中，這是正極具有較高的Li+濃度，而負極Li+濃度相對較低。在正常使用條件下，充放電時正負極間的Li+會重復(fù)發(fā)生嵌入脫出反應(yīng)，但僅會造成晶胞體積的細小變化，且不會影響材料結(jié)構(gòu)，所以鋰離子二次電池具有十分優(yōu)良的循環(huán)性能。

二、鋰離子二次電池中材料的應(yīng)用

1. 正極材料

（1）磷酸鹽系正極材料LiMPO4

LiMPO4是一類具有較高的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)良安全性能的鋰離子電池正極材料，其中M主要為V、Mn和Fe等元素。①磷酸釩鋰：相比磷酸亞鐵鋰，包含單斜結(jié)構(gòu)的磷酸釩鋰，其不但安全性能好，且Li+擴散系數(shù)、能量密度及放電電壓更高。磷酸釩鋰包含單斜與斜方兩種Nasicon晶系結(jié)構(gòu)。而單斜晶系Li+嵌脫性能更高，所以其電性能要比斜方晶系更好。因磷酸釩鋰屬于三維結(jié)構(gòu)，在其空穴內(nèi)的Li+間隔相對較遠，造成材料的電子導(dǎo)電率僅為10-7S•m-1，要遠低于LiMn2O4和LiCoO2，所以該材料的高倍率充放電性能受到較多限制。當前研究重點主要集中于利用改性材料來改善材料的導(dǎo)電性能，提升磷酸釩鋰的高倍率充放電能力，以滿足鋰離子電池發(fā)展的需要。如某技術(shù)單位對摻入Ti后的磷酸釩鋰進行研究返現(xiàn)，加入適量的Ti可大幅度提升磷酸釩鋰的離子導(dǎo)電性能，且不會減小材料的能量密度。②硝酸亞鐵鋰，其屬于一種橄欖石結(jié)構(gòu)，鐵離子在Pmnb正交空間群的Z字鏈上，鋰離子則位于直線鏈上，各種鋰離子均可嵌脫至層狀結(jié)構(gòu)的FePO4上，其比容量可達到170mAh/g，與其他幾類正極材料比具有熱穩(wěn)定性高、無污染、安全、成本低、資源豐富等優(yōu)點，因此在鋰離子動力電池中應(yīng)用極為廣泛。但由于其能量密度和Li+擴散系數(shù)較低，在一定程度上影響了該類電池的大批量生產(chǎn)應(yīng)用。

2. 負極材料

（1）磷基材料，在充放電電流密度為100Ah/g、充放電截止電壓區(qū)間為0.55V～2V條件下，ZnP2/C納米復(fù)合材料容量可保持在380mAh/g，可重復(fù)循環(huán)100次；NiP2用于全固態(tài)電池制備，容量可達到1000mAh/g，重復(fù)6圈后容量降低到800mAh/g，后階段容量基本固定在600mAh/g左右。

（2）硅基材料，此種材料的Li嵌入容量較高，可達到4200mAh/g，但材料循環(huán)性能相對受限，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍處于探索階段。可采用摻加非金屬與金屬的合金化方式改善硅基材料的電化學性能。摻加非金屬方面，研究發(fā)現(xiàn)利用真空沉積方式可加工制成摻加P、B的硅基負極材料，摻入1.02%P的在循環(huán)300次后容量可固定在1400mAh/g左右，摻入0.1%B的在循環(huán)300次后容量可固定在1000mAh/g左右。在摻加金屬方面硅鋁合金薄膜材料具有良好的改良性能，其在0.5℃條件下進行300次循環(huán)容量可保持高于80%，具備更優(yōu)越的電化學性能。