二次电池，作为一种可以将电能和化学能相互转化的装置，是一种能合理有效利用能源的重要媒介[5]。而锂离子电池具有高的能量密度，灵活和轻便的设计和较长的使用寿命等优点，是目前应用最广泛的二次电池[6]。

1.1 锂离子电池简介

自从1991年Sony公司基于Asahi的专利成功实现锂离子电池商业化以来，锂离子电池已经成为手机、笔记本电脑、电子产品领域最主要的电源选择[7]。与其它种类的传统二次电池相比，锂离子电池具有高工作电压（3.6V-4.0V）、高比能量（120Wh/kg-150Wh/kg）、长循环寿命、无记忆效应等优势[8]。表1为几种常见二次电池的性能对比[9]。

表1 几种二次电池的各项性能对比

电池种类 工作电压/V 比功率/(W/kg) 比能量/(Wh/kg) 循环寿命 记忆效应

铅酸电池 2.0 150 30-40 300-500 无

镍镉电池 1.2 170 45-50 500 有

镍氢电池 1.2 250 70-80 ＞500 稍不明显

锂离子电池 3.6 300 120-150 1000 无

1.1.1 锂离子电池的结构和工作原理

如图1.1所示，锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四部分组成[10]。电池正极材料一般包括嵌锂化合物（理论上具有层状结构和尖晶石结构皆可），负极材料是储存锂的主体部分，一般分为碳基负极材料与非碳基负极材料[11]。电解质材料通常分为有机液态电解质、全固态电解质以及凝胶聚合物等，隔膜多为多孔的膜材料，其主要作用是隔离正极、负极，防止内部短路的同时也要使锂离子无阻碍通过[12]。

图1.1 锂离子电池结构

锂离子电池的工作过程主要分为放电和充电两个部分：锂离子电池的放电过程，其实是锂离子的嵌入过程；而锂离子电池的充电过程，其实是锂离子的脱嵌过程[13]。如图1.2以商业化电池为例，当电池充电时，锂离子从富锂的正极中脱嵌，迁移至负极，负极材料中的碳与锂离子反应生成LiXC来固定锂离子，这在宏观上表现为锂离子电池的充电容量[14]。当锂离子电池放电时，LiXC发生分解，脱出的锂离子经过一层只允许离子出入的电解质层再次回到正极，这部分回到正极的锂离子表现为锂离子电池的放电容量[15]。与充电相比，放电过程不可避免地会造成一部分损失，回到正极的锂离子越多，表现出的放电容量就越高[16]。因此，锂离子电池的高效稳定工作取决于以下几个方面：正负极材料的释放输送和存储固定锂离子的能力，电解质的稳定性和合适的SEI膜等[17]。

图1.2 以LiCoO2为正极，石墨为负极组成的锂离子电池的工作原理示意图[6]

1.2 锂过渡金属原子硅酸盐概述 MOF支撑铁基电极材料的制备与储锂性能研究(3):http://www.chuibin.com/huaxue/lunwen_205015.html