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图3-2 方型锂离子电池的结构图
图3-3 圆柱型锂离子电池的结构图
3.2锂离子电池的工作原理
锂离子电池的反应实质上为一个Li+浓差电池，图3-4表示了它的工作原理。
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图3-4 锂离子电池的工作原理示意图
锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态［14］。
以石墨/锂钴氧电池为例，充电时正极LiCoO2中的锂离子迁出，经过电解液，嵌入石墨的碳层间，在电池内形成锂碳层间化合物；放电时，过程刚好相反，即锂离子从石墨负极的层间迁出，经过电解液，进入正极LiCoO2中。电池的各电极反应和电池的反应分别为：
负极：6C＋xLi+＋xe-≒LixC6
正极：LiCoO2≒xLi+＋Li1-XCoO2＋Xe- 电池总反应：LiCoO2＋6C≒li1-xCoO2＋LixC6
在正常充放电的情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电反应的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应［15］。
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第四章 现阶段锂离子电池的应用分析
4.1现阶段锂离子电池的主要应用
锂离子电池是一种新型的电池，在很多领域中得到了广泛应用。下面将从七
个方面简述分析现阶段锂离子电池的主要应用。
1. 移动电话的应用。随着手机向轻、薄、短、小化的发展，对体积小而容量大的电
池需要也就相应增强，这样就可以省下大量的空间。要使手机最小型化，只有锂离子电池是最好的电源。全球每年新生产的手机数量大约在6亿部，需要的手机电池至少也要6亿只，年销售额就可以达到200多亿元。因此，手机电池的市场不但是巨大的，而且既长期又稳定，极具持久力和潜在力［16］。
2. 笔记本电脑的应用。由于笔记本电脑携带方便，便于工作，近几年笔记本电脑需
求量不断增加。又由于笔记本电脑更新换代非常快，很多的笔记本电脑使用者每过一段时间都会更换最新的型号。一个笔记本电脑至少要配置一只锂离子电池。随着笔记本电脑需求量不断的增加，锂离子电池的需求量自然也会大幅增加。 3. 电动自行车的应用。根据有关方面预测，我国人口总量将控制16-17亿之间，是
美国人口的6倍，德国的20倍。在美国平均1.5人1辆汽车，德国平均1.33人1辆汽车，随着中国经济的发展，汽车的拥有量不断增加。如果达到美国的经济发展水平，那么中国的气油消耗量将相当于目前中东地区产油量的2倍。显然是不现实的，应当依靠其它方法来解决。因此，电动自行车是目前较为理想的选择之一。因为电动自行车在行使时不会产生环境污染。我国的自行车拥有量相当大，号称自行车王国。从居民平均收入水平和大众需求来看，电动自行车更容易普及和推广，电动自行车是助力自行车最好的替代品。但目前我国的电动自行车大部分还是采用的铅酸电池作为动力，而电池的本身质量就有十几公斤。如果采用锂离子电池，电池的质量只有3公斤左右。所以，锂离子电池代替电动自行车的铅酸电池是必然趋势，这样电动自行车的轻快、便捷、安全、廉价将会受到越来越多人士的欢迎［17］。
4. 电动汽车的应用。对我国而言，汽车污染日益严重，尾气、噪音等对环境的破坏
到了必须加以控制和治理的程度，特别是在一些人口稠密、交通拥挤的大中城市
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情况变得更加严重。发展新一代电动汽车和混合电动汽车作为无污染、少污染、能源多样化配置的新型交通工具将成为必然趋势。
5. 在航空航天方面的应用。由于锂离子电池具有很强的优势，因此目前已经用于火
星着陆器和火星漫游器。在今后的系列探测任务也将采用锂离子电池。除了美国航空航天局的星际探索外，其它航天组织也在考虑将锂离子电池应用于航天任务中。目前锂离子电池在航空领域的主要作用是为发射和飞行中的校正、地面操作提供支持；同时有利于提高一次电池的功效并支持夜间作业［18］。
6. 在军事方面的应用。对于军队而言，目前锂离子电池除了用于军事通信外，还用
于尖端武器，如鱼雷、潜艇、导弹等；由于锂离子电池具有非常好的性能，能量密度高，质量轻，可促进武器的灵活性。
7. 其它方面的应用。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照
相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等，大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源、电动工具，都有锂离子电池的应用。
4.2我国锂离子电池的现状
4.2.1国内锂离子电池的研究动态
锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池,它的研究和开发已取得重大进步。但由于锂离子电池涉及化学、物理、材料、电子学等多学科的交叉领域,研制中还存在许多问题。尤其是在材料和工艺的选配及设备选型上,还存在高成本、高风险等不利于市场竞争的因素。目前, 起步较早的单位已经完成实验室阶段研究, 开始向中试和小批量生产过渡。起步较晚的单位还处于实验阶段,国内有些经济实力雄厚的公司, 引进价格昂贵的设备进行锂离子电池的研究和开发。由于引进设备对桨料和基片(铝箔和铜箔)的要求很严格,所以需要与国产浆料和基片进行较长时间的磨合。这样,大量外汇、资金的投入和长期的磨合、试制,无疑会增大锂离子电池在研究和未来市场竞争中的风险［19］。
目前,我国锂离子电池产业已开始崭露头脚,显示出勃勃生机。在较长一段时间里，世界锂离子电池市场基本是日本一家独霸的局面。最近几年中国和韩国奋起直追，目前世界锂离子电池市场已经呈现出中、日、韩三足鼎立的格局。近些年三洋公司一直是世界上最大的锂离子电池生产商。但由于2008年11月7日，松下宣布已经获得了三洋的同意，收购其控股权，因此实际上松下已经成为目前
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全球锂离子二次电池行业的新霸主。中国的电池企业在近几年也进步神速，比如比亚迪、天津力神和ATL等电池生产企业已经成长为全球知名的电池生产商。目前，比亚迪的手机电池产量已经超过了三洋，处于国际第一位，同时比亚迪现已经成为Nokia的最大电池供应商。从技术规模上来看，我国在锂离子电池技术和产品上已经接近世界先进水平，规模在进一步扩大，深圳比亚迪和天津力神更是进入了国际前十名之列。未来几年，随着比亚迪、比克、邦凯、力神、环宇、光宇生产规模的继续扩充，中国的锂离子电池产业仍将保持年均非常高增长速度。
当然，中国在锂离子电池的原材料上，比如钴酸锂、隔膜纸等原材料上，很多要从日本进口，比日本有差距。国内做的高端锂离子电池，原材料很多都是从日本进口的，但从成品电池质量上看,并不比日本差。而普通电池来讲，因为材料采用国产的，性能比日本的就要差一点，但如果从性价比来讲，国内的锂离子电池性价比较高［20］。
4.2.2历年国内锂离子电池的产量
我国锂离子电池经过十年的发展，取得了惊人的成绩，也受到越来越多的关注。2010年产量已经达16万亿只。表4-1为历年国内锂离子电池的产量表。 年份(年) 产量 (亿) 2000 0.5 2001 0.8 2002 1.8 2003 4.0 2004 7.0 2005 9.5 2006 12.5 2007 13.5 2008 14.0 2009 15.0 2010 16.5 表4-1 历年国内锂离子电池的产量
从表4-1可以明显地看出，国内锂离子电池的产量每一年都在增加，即使是遇上金融危机的2008年，我国锂离子电池的产量依然环比增长3.7%［21］。 4.2.3历年我国锂离子电池的出口情况
我国锂离子电池历年的出口情况如表4-2所示。
由表4-2可以看出，我国锂离子电池出口额从2000年的1.62亿美元，增加到2010年的40.80亿美元，增长了24.2倍，出口量从2000年的0.27亿只，到2010年的13.00亿只，增长了47.1倍，出口额和出口量都有了巨大的增长［22］。
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