随着人类文明的发展，人类在不断地提高其改造自然的能力。人类当前面临的一个重大问题就是能源短缺。随着第二次工业的进行，人类开始大规模的使用煤炭，化石能源使得我们的生活形式更加丰富多彩，生活质量也逐步提高[1]，也极大地促进着经济的高速发展。由于人类对化石能源的过度开采和不合理的利用带来了一系列环境问题，使得我们的生活受到危害，而且使得全球的经济受到冲击 [2-4]。环境问题也应景而生，像雾霾、酸雨、臭氧空洞等。比如酸雨是由于人类长期使用化学能源后[5]未经过进一步处理直接排放到空气中而形成的酸雨。因此，这些隐患使得生产清洁可再生的能源成为当前研究者的最爱[6]。

    目前人们研究的主要能源有太阳能[7]、风能[8]、空气能[9]、氢能[10]、锂电池[11]等。锂具有较小的原子量，标准电极电位比较低，电化学当量也比较小，锂的这些化学性质决定了它是一种高比容量的电极材料。因此，高比能量的锂作为电池正极安全性能好。

1。2锂离子电池的简介

1。2。1锂离子电池的发展简史

20世纪，二十年代，Lewis等人最早开始了对一次锂电池的研究。到了1960-1970年，由于爆发全球性的石油危机，这才开始研究二次锂电池。当时在研究过程中发现了锂及其合金（LiAl、LiSi等）作为正极的锂的二次电池在充放电循环过程中的较好的性能。从微观角度观察，电极表面涂抹不均匀使得电位也相应不均匀，从而形成树枝状结晶，会将隔膜刺破，使得电子可以在电池内部自由移动，容易造成电池内部短路。另一方面，由于制作锂电池的价格不菲，即使锂不是稀有金属，但是价格并不经济，由于以上的各种原因，使得锂电池在进行商业化开发的时候，遇到了种种困难和障碍。

    20世纪90年代，日本Sony公司第一次将锂离子电池用于商品中。该电池采用LiCoO2和石油焦炭分别作为阴极和阳极。因为锂没有直接参与电池的反应，所以电池的安全性得到了大大的提高。随着研究的进一步深入，发现石油的比容量比焦炭高，循环寿命也较其长。因此，随着石墨生成工艺的进一步完善和改进，工业化生产中的负极材料渐渐由焦炭移向石墨化碳负极。20世纪90年代，美国Bellcore公司提出了用胶体电解质来替换液体电解质的聚合物锂离子电池，20世纪末，聚合物锂离子电池开始用于商品市场。聚合物锂电池采用质地较轻和、美观的铝塑薄膜包装取代金属壳，进一步提高了锂离子电池的能量密度，使得其应用范围更加宽广。21世纪初，日本Sony公司将Sn-Co-C复合材料的电池商品化，进一步提高了锂离子电池的质量和体积比能量。

1。2。2 锂离子电池的工作原理

锂离子电池是一种可充放电电池，在正负极材料之间嵌入和脱出。它被形象的称为“摇椅电池”。锂离子电池的种类琳琅满目，形状各有风格，有纽扣电池，方型电池等等。正极材料一般是钴酸锂、锰酸锂、磷酸锂等插锂化合物，负极材料是与碳相关的材料。组装电池的隔膜是单层或多层的高分子材料，它一方面能提供锂离子穿梭，另一方面，也能够产生电子绝缘作用[30]。

图1。1 锂离子电池充放电原理示意图

锂离子电池的充放电原理，以钴酸锂为正极，石墨为负极为例。如图1。1充放电时，锂离子从钴酸锂位置脱嵌的时候，释放出一个电子后，自身穿过隔膜到达并嵌入在石墨结构中。然后得到一个电子。与碳结合成Li2C6，放电的时候则与之相反。其电极反应如下[31]：