隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對電源的要求也越來越高，而鋰離子電池具有工作電壓高、重量輕、自放電小、循環(huán)壽命長、無記憶效應、無環(huán)境污染、安全性能好等突出優(yōu)點，是目前電容量極高的一種便攜式理想電池。其廣泛應用于攝像機、移動電話、筆記本電腦以及便攜式測量儀器等電子裝置也是未來電動汽車、航天、衛(wèi)星、飛船、潛艇、水下機器人等用輕型高能動力電池的首選電源。這就使鋰離子電池的應用范圍從信息產(chǎn)業(yè)到能源交通，從太空到水下不斷地被拓展。也被認為是最能滿足未來社會持續(xù)發(fā)展要求的高能電池之一。

　　1.1鋰離子電池的發(fā)展
　　自1859年GastonPlante提出鉛-酸電池概念以來，化學電源界一直尋找高能量比、循環(huán)壽命長的電池。
　　60年代后期，金屬鋰首先被用作二次鋰電池的負極材料，充放電的機理為鋰的電化學沉積和溶解。研究發(fā)現(xiàn)金屬鋰表面生成鋰枝晶，一方面析出形成”死鋰”，造成鋰不可逆；另一方面更為重要的是，枝晶穿過隔膜，造成電池內(nèi)部短路，產(chǎn)生大電流，生成大量熱，使電池著火，甚至產(chǎn)生更嚴重的問題。
　　20世紀70年代，各種鋰合金體系被用來取代金屬鋰，其機理為鋰合金的電化學合金化反應和去合金化反應。由于反復合金／去合金化反應，使電極體積顯著改變而逐漸粉化，容量不斷降低，不能滿足高性能的二次電池要求。
　　20世紀80年代，1980年，Armand M提出了鋰濃差電池的概念，首次引用“搖椅式電池”(Rocking Chair Battery)”這一突破性思想，使鋰二次電池的實用化成為可能。其正負極材料采用可以存儲和交換鋰離子的層狀化合物，充放電過程中鋰離子在正負極間來回穿梭循環(huán)，相當于鋰的濃差電池。
　　從70年代到80年代中期，二次鋰電池均以負極做為鋰源。到80年代初期，Goodenough等合成了LiM02系列化合物，這些材料均為層狀化合物，能夠可逆的嵌入和脫出鋰。后來逐漸發(fā)展成為鋰電池的正極材料。1987年，Auburn和Barberi提出了一個典型的鋰源為正極的搖椅式電池體系，可是這一體系的充放電倍率較低，能量密度也不高。
　　經(jīng)過20年的探索，終于在80年代末90年代初誕生了鋰離子電池。日本SONY公司研究人員研制成以石油焦為負極，LiCo02為正極的鋰離子二次電池；LiCo02 LiCl04一Pc+Ec LiC6。同年，Moli和Sony兩大電池公司將以碳為負極的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化。目前除了常見的鋰離子電池外，還有鋰／聚合物電池，聚合物鋰離子電池，Li／FeS2電池等，它們的發(fā)展也到了商品化成熟的時候。

　　2.1 鋰離子電池負極材料的研究進展
　　鋰離子電池是由電極材料、電解質(zhì)和隔膜等部分組成，其性能在很大程度上取決于電池組成材料(尤其是正極和負極材料)的性能和制備工藝。因此研究高能鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)是采用在充放電過程中能可逆地嵌脫鋰離子的正、負極材料。鋰離子電池負極材料作為提出鋰離子二次電池能量及循環(huán)壽命的重要因素，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究，其主流方向集中在碳材料、氧化物材料、合金材料等。盡管這些材料的容量和儲鋰機理各不相同，但它們在脫嵌鋰過程中形成的結(jié)構(gòu)卻有一個共同之處，即鋰在嵌入與脫出過程中材料形成活性物質(zhì)／惰性基體物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。其中活性物質(zhì)與鋰反應，提供容量，惰性基體物質(zhì)維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證電池循環(huán)壽命。作為鋰離子電池負極材料應滿足以下要求：
　　(1)在鋰離子的嵌入反應中自由能變化小，電極電位變化較小，電位低，并接近于金屬鋰；
　　(2)高度可逆的嵌入脫出反應，有較高的充放電效率：
　　(3)鋰離子在負極的固態(tài)結(jié)構(gòu)中有高的擴散率，有較高的比容量；
　　(4)有優(yōu)良好的電導率；
　　(5)熱力學上穩(wěn)定同時與電解質(zhì)不發(fā)生反應；
　　(6)價格低廉，容易制備，對環(huán)境無污染。
　　鋰離子電池具有高能量、長壽命、低污染等特點，在便攜式手提電子設(shè)備、電動汽車等眾多領(lǐng)域得到廣泛應用。美國、日本等發(fā)達國家紛紛投巨資開展這方面的工作。隨著科學技術(shù)的進步和人們生活水平的提高，對鋰離子電池的要求日益提高。因此，降低成本、提高性能是鋰離子電池發(fā)展的主要方向，因此研究高能鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)是采用在充放電過程中能可逆地嵌脫鋰離子的正、負極材料。鋰離子電池負極材料作為提出鋰離子二次電池能量及循環(huán)壽命的重要因素，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究。
　　銻基材料作為一種新型負極材料越來越受到重視，其原理與錫基氧化物相似，銻也能與鋰形成合金，有很高容量，穩(wěn)定性較好。

　　3.1 鋰離子電池負極材料Sb203的制備研究
　　近幾年來，研究最廣泛的鋰離子電池負極材料是石墨以及各種碳材料，但研究表明，碳材料存在較大的能量損失和高倍率充放電性能差等缺點。碳負極在有機電解質(zhì)中易形成鈍化膜(SEI)，引起初始容量的不可逆損失”，且碳材料的電極電位與金屬鋰相近，當電池過充電時，碳電極表面易析出金屬鋰，形成枝晶而引起短路。
　　90年代初期，日本和美國相繼出現(xiàn)了以Nb205、W02、Mo02作為鋰離子電池負極材料的專利報道，這些氧化物的電化學容量比較高。因此，氧化物負極材料引起了人們的廣泛注意，成為目前研究的熱點。1996年，日本Fuji公司宣布，他們將開發(fā)以無定形復合錫基氧化物(TCO)為負極材料的鋰離子電池。其電池容量高于采用傳統(tǒng)碳材料的鋰離子電池容量的50％。TCO負極材料的理論體積容量是3200mAh/cm3,是石墨的四倍(837mAh／cm3)，理論比容量為837mAh/g。由于其明顯優(yōu)于石墨的特點，立即引起關(guān)注。
　　此外 Dahn等人用現(xiàn)場x?射線衍射的方法研究了錫基氧化物(Sn，SnO，Sn02，LiSn03)在充放電過程中的結(jié)構(gòu)變化。通過測試發(fā)現(xiàn)，氧化物和鋰反應后，氧化物中的錫均首先被鋰還原取代，分解生成氧化鋰和金屬錫，生成的錫將進一步與鋰發(fā)生合金化反應。其反應方程式如下：
　　6.4Li+SnO—Li4.4Sn+Li20-4.4Li+Sn+Li20
　　通過醇鹽一氨解法制備了高純超細的三氧化二銻。在制備三氧化二銻的方法中，通常采用水解-氨解法，即將三氯化銻SbCl3水解得到SbOCl沉淀，然后與氨水進一步反應制得三氧化二銻但是這種方法通常制備的三氧化二銻粒度大，平均為4．5pm。通過正交實驗確定了制備超細三氧化二銻的最優(yōu)條件，研究其充放電機理和電化學性能，分析不可逆容量產(chǎn)生的原因及其在充放電過程中的結(jié)構(gòu)變化。
　　采用醇鹽?氨解法進行了合成鋰離子電池負極材料三氧化二銻的研究。由實驗得到如下結(jié)果：
　　(1)通過正交實驗確定了由醇鹽．氨解法制備三氧化二銻的最佳工藝條件為pH值為7．0，反應溫度70℃，反應時間6小時。
　　(2)最佳工藝條件下合成的Sb203的電化學充放電平臺明顯且平穩(wěn)，充放電機理符合兩步反應機理。室溫下以70mA／g充放電，初始放電比容量達1332．5mA?h／g，十次循環(huán)后放電比容量為795.1mAh／g，放電效率為91．3％。放電容量較高，但循環(huán)性能不理想。
　　(3)通過XRD分析、粒度分析和SEM檢測了最佳工藝條件下合成的Sb203的相組成、粒度分布和顆粒形貌表明，所合成的Sb203晶型發(fā)育完好，外觀呈類四方體，形貌
　　規(guī)整，晶粒分布均勻，平均粒徑為1．Olpm。
　　(4)采用循環(huán)伏安法對合成Sb203組裝的實驗電池進行掃描測試，發(fā)現(xiàn)第一周期有一個不可逆的還原峰，在以后的循環(huán)中均出現(xiàn)了成對的氧化還原峰，其峰電位及氧化還原峰的個數(shù)均與相應的合金反應一致。