1992年索尼公司制造了以石墨为负极，以含锂的化合物作正极材料的锂电池，在电池的充放电过程中，电池内部只存在锂离子，电池依靠锂离子的转移来进行，这就是最早制备的锂离子电池[5]。随后，锂离子电池大量使用在电子设备上，解决了电子设备的电源难题使其设计更加轻巧。

1996年Padhi和他的学生J.Goodenough发现了具有橄榄石结构的磷酸铁锂[6]，并对其进行深入研究，发现它用于锂离子电池正极材料时在耐高温，耐过充电性能上都比传统锂离子电池材料要更好。因此磷酸铁锂已成为需要大电流充放电的动力锂电池的正极材料。

1.2.2 锂离子电池的结构

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四大部分组成[7]，它们都是锂离子电池必不可少的，不管少了哪一部分电池都是不完整不能运行的。

正极材料是锂离子电池中非常非常重要的一部分，它的成本大约占电池总成本的四成，而且正极材料成了电池发展的短板，所以它的研发改进对于锂离子电池整体性能提高和发展极其重要的，因此各国研究者和电池企业对它加大了研究力度希望能攻破现有的技术瓶颈。正极材料一般使用的是嵌锂材料,它可以进行脱锂与嵌锂[8]。目前被大量研究的正极材料有层状结构的LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2、LiMnO2、LiNixCo1-2xMnxO2，具有正尖晶石结构的LiMn2O4和具有橄榄石结构的LiFePO4等。

负极材料主要包括非金属类材料，金属氧化物材料以及锂合金材料。非金属类材料主要包括石墨、石墨烯及其复合材料。金属氧化物也可以作为负极材料，主要是合成多孔金属氧化物，通常研究的为Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Yi、Mo、Sn等的氧化物。合金材料是金属锂与金属形成的合金材料，由于这个过程是可逆的，所以可以作为负极材料，这样的金属包括：Mg、Al、Sn、Si、Pb、Ge、Sb、Pt、Zn，目前研究的最多的是硅基和锡基材料[9]。

电解液同样是锂离子电池非常重要的一部分，它必须具有良好的电导率、化学性质稳定、无毒无污染、成本低等特点。目前所使用的电解液基本上是含锂盐的非水电解液，常用的锂盐有LiPF6、LiBF4等，非水溶剂有碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）、二甲基已烷（DME）等，但是在实际使用过程中单一溶剂的效果不好，所以采用它们的混合溶剂，如目前使用最多的EC+DMC作为电解质溶剂[10]。

隔膜是不参与电化学反应的非活性物质，但仍然是锂电池工作的必要组成。它们为离子的转移提供通道，同时将正极和负极进行分隔开。与负极、正极和电解液一样，隔膜对电池性能和安全性方面发挥着重要作用。目前最常用的隔膜材料为聚乙烯PE和聚丙乙烯PP[11]，这些材料具有良好的机械延展性、化学稳定性、成本低等优点。

1.2.3 锂离子电池的原理

锂离子电池是一种浓度差电池，准确来说是锂离子浓差电池，两种不同的嵌锂材料组成正极与负极。当电池充电时，锂离子从正极经过电解质转移到负极，负极就会处于富锂态，同时电子从外电路转移到负极，保持负极的电荷平衡。放电时则恰恰相反，锂离子从负极经过电解质转移到正极，正极处于富锂态。在正常的充放电过程中，电池正负极材料的结构不会发生改变，只是引起层面间距的改变。因此，锂离子电池的充放电过程是可逆的[12]。而锂离子电池充放电的反应本质上是化学能与电能之间的转换，锂离子电池工作原理示意图见图1-1。

下面就以LiCoO2材料作正极，石墨作负极，1mol/LLiPF6/EC+DMC(1:1)为电解液PP为隔膜组成的电池为例来写出充放电过程中的电化学表达式：