锂离子电池中的纳米材料
纳米材料在锂离子电池中的应用方法
纳米材料在锂离子电池中的应用方法近年来，纳米材料在能源领域的研究和应用取得了显著的进展，尤其是在锂离子电池中的应用方面，纳米材料的独特性能和优势得到了广泛关注和研究。
纳米材料通过提高电池性能和稳定性，进一步拓宽了锂离子电池的应用领域。
本文将重点介绍纳米材料在锂离子电池中的应用方法，并探讨其优势和潜在问题。
首先，纳米材料在锂离子电池中的应用方法之一是作为电极材料。
常见的电极材料包括锂铁磷酸盐（LiFePO4）、钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4）等。
使用纳米材料作为电极材料可以提高电解液中离子的扩散速度和电极的可逆容量，从而提高电池的充放电效率和循环寿命。
例如，采用纳米颗粒制备的锂铁磷酸盐电极具有较大的比表面积和短离子扩散路径，提高了离子的迁移速率和锂离子电池的放电容量。
其次，纳米材料在锂离子电池中的应用方法之二是作为添加剂。
通过添加纳米材料到电解液中，可以改善电池的性能和稳定性。
例如，氧化石墨烯可以作为添加剂，提高锂离子电池的循环寿命和抗过充放电性能。
纳米二氧化钛可以作为添加剂，增加锂离子电池的充电速度和减小电池内阻。
此外，纳米材料还可以用于涂层材料，通过改善锂离子电池的界面性能和电子传导性能来提高电池的性能。
另外，纳米材料在锂离子电池中的应用方法之三是作为电解质添加剂。
锂离子电池的电解质主要包括有机电解质和无机电解质。
通过添加纳米材料到电解质中，可以提高电池的离子导电性能和抗氧化性能。
例如，锂离子电池中常用的添加剂之一是纳米氧化铝，在改善电池的稳定性和热稳定性方面具有良好效果。
此外，纳米材料还可以用于制备固态电解质，提高锂离子电池的安全性和循环寿命。
最后，纳米材料在锂离子电池中的应用方法之四是作为导电添加剂。
纳米材料具有较大的比表面积和较好的电导率，因此可以用于提高电池的电子传导性能和电池的输出功率。
例如，纳米碳管可以作为导电添加剂，提高电池的导电性能和电流输出能力。
纳米金属粉末也可以作为导电添加剂，提高电池的输出功率和能量密度。
纳米材料在电池制造中的应用研究
纳米材料在电池制造中的应用研究随着科技的迅速发展，电池作为现代生活中不可或缺的能源供应装置，其性能的不断提升已成为人们研究的焦点。
而纳米材料在电池制造中的应用研究，恰好是一种可以增强电池性能的有效途径。
纳米材料具有较高的比表面积和量子效应，可以大幅度提高电池的电容量、循环寿命和充电速度。
以下将针对纳米材料在电池制造中的应用进行探讨。
一、纳米材料在锂离子电池中的应用研究纳米材料在锂离子电池的正、负极材料中应用已被广泛研究。
锂离子电池的正极主要是由钴、镍、锰、铁等金属氧化物或氧化磷酸锂等化合物组成。
其中，纳米结构的金属氧化物如二氧化钛、氧化钴、氧化镍等被广泛研究。
纳米结构的金属氧化物具有较大的比表面积和良好的离子传输性能，有助于提高锂离子电池的容量、循环寿命和功率密度。
以二氧化钛为例，纳米二氧化钛在锂离子电池正极材料中具有较高的比表面积和良好的化学稳定性，可提高电池的储能性能和充电速度。
研究发现，相比于微米级二氧化钛，纳米二氧化钛在锂离子电池的充放电过程中具有更好的电化学性能。
而锂离子电池的负极材料主要是由碳基材料如石墨、纳米晶体硅、碳纳米管、氧化石墨等组成。
其中，纳米碳材料具有较高的电容量、导电性能和循环寿命，能够大幅度提高锂离子电池的容量和充电速度。
研究表明，纳米晶体硅作为锂离子电池的负极材料，可实现极高的锂离子比容量，远远超出了目前市场上所使用的其他负极材料。
二、纳米材料在钠离子电池中的应用研究纳米材料在钠离子电池的正、负极材料中也有着广泛的应用研究。
目前，国内外学者已经针对纳米材料在钠离子电池中的应用进行了大量研究。
钠离子电池的正极材料主要是由钴、磷酸铁、锰酸钠等化合物组成。
其中，纳米结构的化合物材料具有较大的比表面积和较好的离子传输性能，可提高钠离子电池的储能性能和充电速度。
研究表明，纳米结构的锰酸钠材料作为钠离子电池正极材料，其比容量可达到可使人满意的水平，缩短充放电时间，延长电池使用寿命。
碳纳米管材料在锂离子电池中的应用研究
碳纳米管材料在锂离子电池中的应用研究一、引言锂离子电池是一种重要的电化学装置，广泛应用于移动电子设备、电动汽车、太阳能电池等领域。
然而，锂离子电池在长时间的充放电循环中容易出现容量衰减、安全问题等，严重制约了锂离子电池的应用范围和续航能力。
碳纳米管材料因其优异的电化学性能、高比表面积、优良的机械性能、热稳定性等特点，在锂离子电池中得到了广泛的应用。
本文将从碳纳米管材料的结构和性质出发，介绍碳纳米管材料在锂离子电池中的应用研究进展，同时探讨碳纳米管材料在锂离子电池中的前景和挑战。
二、碳纳米管的结构与性质碳纳米管(CNTs)是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有极高的比表面积、优异的导电性和导热性、高强度、优良的化学稳定性等特性。
根据多壁CNTs的层数、单壁CNTs的直径和结晶方式的不同，碳纳米管可以分为多种类型，如单壁碳纳米管(SWCNTs)、多壁碳纳米管(MWCNTs)、氮化碳纳米管(CNxNTs)等。
其中，单壁碳纳米管由于其单层的球形碳结构，导致其具有高比表面积和优异的导电性和电化学性能，成为深受研究者推崇的一种碳纳米材料。
三、碳纳米管材料在锂离子电池中的应用（一）碳纳米管作为锂离子电池负极材料的研究碳纳米管作为锂离子电池负极材料具有许多优异的性质，如高比表面积、优良的导电性、高的承载能力、优良的电化学稳定性，这使得碳纳米管在锂离子电池负极材料研究中具有广阔的应用前景。
1.单壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料单壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料具有很多的优点，如高比表面积、低电极极化、快速的电子传输、高的储存容量等。
Kim 等人研究发现，SWCNTs纳米材料可以有效缓解电极材料在充放电过程中的容量损失和安全问题，改善了电极材料的循环性能和容量保持率，为锂离子电池的高能密度和长循环寿命提供了有力的保障。
Jia等人通过对多种单壁碳纳米管结构的比较，发现对外围的羟基基团和其载体模板材料的改变，可以显著地调控单层纳米管结构中的空间结构、纵向空隙和表面物理化学性质，并为锂离子电池电极材料的设计提供了新的思路。
纳米材料在电池中的应用
纳米材料在电池中的应用纳米材料在电池中的应用随着全球的经济发展和社会进步，对能源需求的增加已经成为了公认的焦点问题。
同时，随着全球环境的恶劣和二氧化碳排放的不断增加，人们迫切地需要一种清洁和可再生的能源来替代传统的化石能源，以实现环境和经济的可持续发展。
在这样的背景下，电池作为一种重要的清洁能源技术已经成为了目前科学研究领域的热点问题之一。
而在电池技术的发展中，纳米材料因其独特的物理和化学性能逐渐成为了电池中的突破口。
纳米材料指的是尺寸在1-100纳米范围内的材料，其表面积大，与其他物质的相互作用强，导致了其具有高度的催化、电学、热学等性质。
基于这种性质，纳米材料在电池领域中的应用已逐渐展现出其重要性和前景。
首先，纳米材料作为电池正、负极材料的核心，在提高电池效率、性能、寿命方面发挥了重要作用。
以锂离子电池为例，传统的电极材料多采用硅、石墨等材料，但是这些材料容易发生体积膨胀、表面改变等问题，导致材料结构破坏、电池寿命缩短。
而纳米材料的表面积大、离子扩散速率快、化学稳定性高的特点，可以提高电池充放电速率、储能密度、循环寿命等方面的性能指标。
近年来，锂离子电池中纳米结构材料的应用已经逐渐成为了研究的热点问题，例如硫化锂纳米粒子、碳纳米管、硅纳米颗粒等纳米结构材料均能够有效提高材料的电化学性能。
其次，纳米材料作为电池电解质中添加剂，也发挥了重要作用。
传统的电池中，电解质主要由液态电解质和固态电解质组成。
然而，典型的液态电解质在充电和放电过程中有很多问题，例如易燃、腐蚀性强、蒸发等，这些问题都限制了电解质的应用。
而纳米材料作为电解质中添加剂，可以增强电解质的稳定性和离子扩散速率，例如添加氧化铝纳米粒子能够有效增强电解质的化学稳定性和热稳定性；添加量子点能够实现高速的离子传输和高效的太阳能转换等效果。
最后，纳米材料还可以在电池装配、制备过程中发挥重要作用。
传统的锂离子电池需要采用液态电解质等技术，难以达到高能量密度和高化学稳定性的要求。
纳米材料在锂离子电池中的应用研究
纳米材料在锂离子电池中的应用研究随着能源需求的不断增长，锂离子电池作为一种高效、高能量密度的能源储存装置，已经广泛应用于手机、电动车、无人机等领域。
然而，锂离子电池的性能和使用寿命仍然面临着一些限制。
为了解决这些问题，科学家们在锂离子电池中引入了纳米材料，以期望改善其性能和稳定性。
一、纳米材料在锂离子电池阳极中的应用1. 具有高能量密度的纳米硅材料纳米硅材料由于其高比表面积和较好的锂离子嵌入能力而备受关注。
传统硅材料存在体积变化大、容量衰减快等问题，而纳米硅材料可以有效缓解这些问题，提高锂离子电池的循环寿命和容量保持率。
此外，纳米硅材料还可以通过改变形态结构、引入多级孔结构等方式，进一步提高其性能。
2. 纳米锡材料的应用纳米锡材料因其高嵌锂容量和良好的电导性能而被广泛应用于锂离子电池阳极材料中。
通过纳米尺度效应，纳米锡材料可以提高锂离子的扩散速率，降低锂离子电池的内阻，从而提高电池的功率性能。
然而，纳米锡材料在循环过程中会遇到可逆容量损失和容量衰减的问题，需要通过表面修饰、包覆材料等策略来解决。
二、纳米材料在锂离子电池正极中的应用1. 磷酸铁锂纳米材料磷酸铁锂具有优异的循环寿命和良好的热稳定性，被广泛应用于锂离子电池正极材料中。
通过纳米化技术，可以提高磷酸铁锂的扩散速率和离子传输性能，从而提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
此外，纳米磷酸铁锂还可以引入多级孔结构、改变粒径分布等方式，进一步优化其电化学性能。
2. 氧化钴纳米材料的应用氧化钴是一种常用的锂离子电池正极材料，其纳米化改性可以显著提高电池的性能。
纳米氧化钴具有更高的比表面积和更好的离、复合电荷传输性能，从而提高锂离子电池的容量和循环寿命。
与此同时，纳米氧化钴材料还可以通过改变晶格结构、控制表面电荷等方式，进一步增强其电化学性能。
三、纳米材料在锂离子电池电解质中的应用1. 纳米陶瓷电解质材料传统锂离子电池电解质材料存在导电性能差、循环寿命短等问题，而纳米陶瓷电解质材料可以通过纳米尺度效应来改善这些问题。
碳基纳米材料的能源应用
碳基纳米材料的能源应用碳基纳米材料是一类具有独特结构和性质的纳米材料，由碳元素构成，包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米片等。
这些材料具有优异的导电性、导热性、机械强度和化学稳定性，因此在能源领域具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨碳基纳米材料在能源领域的应用，包括能源存储、能源转换和能源传输等方面。
一、能源存储1. 锂离子电池碳基纳米材料在锂离子电池中扮演着重要的角色。
以碳纳米管为例，其高比表面积和优异的导电性能使其成为理想的锂离子电池电极材料。
碳纳米管能够提高电极的充放电速率和循环稳定性，延长电池的使用寿命。
此外，石墨烯作为锂离子电池的导电剂和包覆材料，能够有效防止电极材料的体积膨胀，提高电池的安全性和循环稳定性。
2. 超级电容器碳基纳米材料还被广泛应用于超级电容器中。
碳纳米管和石墨烯具有高比表面积和优异的电导率，能够显著提高超级电容器的能量密度和功率密度。
此外，碳基纳米材料的高循环稳定性和长周期寿命也使其成为超级电容器的理想电极材料。
二、能源转换1. 太阳能电池碳基纳米材料在太阳能电池中的应用也备受关注。
石墨烯作为透明导电膜，能够提高太阳能电池的光电转换效率。
碳纳米管和碳纳米片作为光阳极材料，具有优异的光吸收性能和电导率，能够有效提高太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
2. 燃料电池碳基纳米材料在燃料电池中也具有重要应用。
碳纳米管和石墨烯作为催化剂支撑材料，能够提高燃料电池的催化活性和稳定性。
此外，碳基纳米材料还可以作为燃料电池的导电层和气体扩散层，提高燃料电池的整体性能。
三、能源传输碳基纳米材料在能源传输领域也有重要应用。
碳纳米管具有优异的导电性和导热性，能够用于制备高性能的导电线路和散热材料。
石墨烯作为柔性导电材料，可以用于制备柔性电子器件和柔性电缆，实现能源的高效传输和利用。
综上所述，碳基纳米材料在能源领域具有广泛的应用前景，包括能源存储、能源转换和能源传输等方面。
随着纳米技术的不断发展和碳基纳米材料性能的进一步优化，相信碳基纳米材料将在未来能源领域发挥越来越重要的作用，为能源可持续发展做出贡献。
纳米材料在锂离子电池中的应用
纳米材料在锂离子电池中的应用一、本文概述随着科技的不断进步，锂离子电池已成为现代社会不可或缺的能量储存和转换设备，广泛应用于移动电子设备、电动汽车以及可再生能源系统等领域。
然而，随着对电池性能要求的日益提高，传统的电池材料已难以满足日益增长的需求。
因此，纳米材料因其独特的物理和化学性质，如高比表面积、优异的电导性和离子传输性能，正逐渐在锂离子电池领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在全面探讨纳米材料在锂离子电池中的应用。
我们将首先概述纳米材料的基本特性及其对锂离子电池性能的影响，然后详细介绍不同类型的纳米材料（如纳米碳材料、纳米氧化物、纳米合金等）在锂离子电池正负极、电解质以及隔膜等方面的具体应用。
我们还将讨论纳米材料在提高锂离子电池能量密度、功率密度、循环稳定性和安全性等方面的作用，并展望其未来的发展趋势和挑战。
通过本文的阐述，我们希望能够为相关领域的研究者和从业人员提供有价值的参考和指导。
二、纳米材料在锂离子电池正极中的应用纳米材料在锂离子电池正极中的应用，极大地提升了电池的能量密度、功率密度和循环寿命。
纳米材料具有高的比表面积、优异的电子和离子传输性能，以及独特的物理化学性质，使其在锂离子电池正极材料中展现出巨大的潜力。
纳米材料的高比表面积能够增加其与电解液的接触面积，从而提高锂离子的嵌入/脱出速率。
纳米结构可以有效地缩短锂离子的扩散路径，进一步提高电池的充放电速率。
这对于需要快速充放电的应用场景，如电动汽车和移动设备，尤为重要。
纳米材料在改善正极材料的结构稳定性方面也发挥了重要作用。
在充放电过程中，正极材料会经历体积的膨胀和收缩，这可能导致材料结构的破坏和容量的衰减。
纳米化可以有效地缓解这一问题，因为纳米材料具有更高的结构灵活性和更好的应力承受能力。
纳米材料还可以通过与其他材料的复合，进一步提升正极的性能。
例如，将纳米材料与碳材料复合，可以提高正极的导电性，从而改善电池的倍率性能。
同时，纳米材料还可以与金属氧化物或硫化物等复合，形成具有特殊结构和功能的复合材料，进一步提高正极的能量密度和循环稳定性。
纳米材料的主要应用
纳米材料的主要应用纳米材料是一种具有尺寸在纳米级别（1纳米=10-9米）的材料，具有独特的物理和化学性质。
由于其特殊的结构和性能，纳米材料在各个领域都有着广泛的应用。
本文将重点介绍纳米材料的主要应用。
一、能源领域1. 太阳能电池：纳米材料在太阳能电池中的应用可以提高能量转换效率。
例如，纳米颗粒可以增加光吸收的表面积，从而增强光电转换效率。
2. 锂离子电池：纳米材料可以用于锂离子电池的正极和负极材料中，提高电池的储能密度和循环寿命。
3. 燃料电池：纳米材料可以用作燃料电池的催化剂，提高氢气的电催化反应效率，从而提高燃料电池的能量转换效率。
二、医疗领域1. 生物传感器：纳米材料可以制备出高灵敏度、高选择性的生物传感器，用于检测生物分子、细胞和病原体等。
2. 肿瘤治疗：纳米材料可以作为药物载体，将抗癌药物精确地输送到肿瘤部位，提高治疗效果并减少副作用。
3. 医学成像：纳米材料可以作为造影剂用于医学成像，例如磁共振成像（MRI）和荧光成像。
三、环境领域1. 污水处理：纳米材料可以用于污水处理中的重金属离子去除、废水中有害物质的分解等，提高水处理效率和水质。
2. 大气污染治理：纳米材料可以用于大气污染治理中的气体吸附、催化氧化等，减少有害气体的排放。
3. 环境监测：纳米材料可以制备出高灵敏度、高选择性的传感器，用于监测环境中的有害物质。
四、电子领域1. 纳米电子器件：纳米材料可以用于制备纳米电子器件，如纳米晶体管、纳米存储器等，提高电子器件的性能。
2. 柔性显示器：纳米材料可以制备出柔性显示器的材料，如柔性有机发光二极管（OLED）等。
3. 传感器：纳米材料可以制备出高灵敏度、高选择性的传感器，用于检测温度、湿度、压力等。
五、材料领域1. 纳米涂层：纳米材料可以用于制备抗菌、防腐蚀、耐磨损等功能性涂层，提高材料的性能和寿命。
2. 纳米复合材料：纳米材料可以与传统材料复合，提高材料的力学强度、导电性等性能。
纳米粒子在电池材料中的应用
纳米粒子在电池材料中的应用纳米材料是一种具有特殊性质的材料，其尺寸在1~100纳米之间，与传统材料相比，具有比表面积大、粒子大小均匀、化学反应活性高等优点。
因此，纳米材料在众多领域均有广泛应用，其中电池材料领域尤为突出。
一、纳米粒子在电池材料中的应用1. 电池正极材料在锂离子电池中，正极材料是锂离子插入和拔出的主要位置。
纳米材料因其比表面积大、粒子大小均匀等特性，在正极材料中得到了广泛的应用。
常见的正极材料有氧化物类、磷酸盐类等。
纳米氧化物因其尺寸小、孔洞多，可以提高物质的扩散速率以及离子的传输速率，从而提高电池性能。
磷酸盐类材料也可以采用纳米粒子的形式制备，可以提高材料电化学性能，增加离子的传输速率。
2. 电池负极材料在锂离子电池中，负极材料是储存锂离子的主要位置。
纳米材料在负极材料中也具有重要的应用。
石墨是常用的负极材料，它的表面积并不太大，因此锂离子的传输速度并不是很快。
而采用纳米石墨可以增加其表面积，提高锂离子传输速度。
另外，一些金属材料如硅、钛等也可以以纳米粒子的形式作为负极材料，增加其表面积，提高锂离子传输速度。
3. 电解质材料电解质材料是锂离子电池中的重要组成部分。
纳米电解质材料可以提高电子传输的速率，同时，纳米孔隙的存在可以增加离子传输的速率。
二、纳米材料在电池材料中的优势1. 提高电池性能纳米材料具有比表面积大、粒子大小均匀、化学反应活性高等优点，因此在电池材料中得到了广泛的应用。
采用纳米材料可以提高电池效率、延长电池寿命、提高能量密度等。
2. 降低成本采用纳米材料制备电池材料还可以降低生产成本。
首先，纳米材料制备工艺简单，生产效率高，可以大批量生产；其次，采用纳米材料可以减少原材料的用量，降低生产成本。
3. 提高产品竞争力随着社会的发展，人们对电池产品的要求越来越高，不仅要求产品性能好、寿命长，还要求电池产品体积小、重量轻。
采用纳米材料可以提高产品性能，降低电池产品的体积和重量，提高产品的竞争力。
纳米材料在锂离子电池中的应用研究进展
纳米材料在锂离子电池中的应用研究进展锂离子电池是目前最有前途的电化学储能设备之一，具有高能量密度、长寿命、无记忆效应等优点。
然而，锂离子电池存在的问题也不容忽视，其中最主要的就是其储能密度不足，导致电池容量有限。
为了克服这一难题，纳米材料被引入到锂离子电池中，作为各种电化学活性物质的载体，以期提高电池容量和循环性能。
近年来，围绕纳米材料在锂离子电池中的应用展开了大量的研究工作，并取得了一系列的研究进展。
1. 纳米二氧化钛纳米二氧化钛具有高比表面积和可调控的表面化学特性，可以提供丰富的反应位点，因此被广泛应用于锂离子电池中。
其中，最常见的应用是在锂离子电池的负极上作为锂离子的储存载体。
实验结果表明，由于纳米二氧化钛的高比表面积和可调控的表面化学特性，可以显著提高电池的循环性能和容量，将纳米二氧化钛引入锂离子电池，克服了传统的负极材料在储锂和释放锂过程中面临的种种困难，大大提高了电池的使用寿命和品质。
2. 纳米二氧化硅与纳米二氧化钛不同的是，纳米二氧化硅是一种典型的锂离子电池正极材料，其具有良好的电导率和较高的放电比容量。
实验表明，纳米二氧化硅可以在锂离子电池中形成细小的颗粒，并通过与锂离子的交换和嵌入来储存和释放锂离子。
纳米二氧化硅能够确保锂离子电池正极材料的高效储锂和释锂，提高了锂离子电池的电化学性能，阳极材料的循环性能和容量得到了极大的提高。
3. 纳米硅纳米硅是一种优秀的锂离子电池负极材料，其利用纳米材料带来的高比表面积和抗氧化能力，大大提高了负极材料的储能密度和循环性能。
纳米硅不仅能够激发锂离子在其表面区域的相变反应，还可以确保锂离子在与负极材料的反应中保持稳定，不会发生剧烈的化学反应。
由于纳米硅具有亲水性和亲疏水性的表面特性，可以根据电池的使用条件进行控制，从而实现良好的循环性能和容量。
4. 纳米石墨烯纳米石墨烯是一种新兴的锂离子电池电极材料，在其表面的氧基团、羟基和羰基等团簇可以作为锂离子和电子交换的反应位点，从而提高电池的放电容量和循环性能。
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锂离子电池中的纳米材料学号：35072114 姓名：黄俊伟前言：锂离子电池是现代材料电化学学科的一个巨大的成功。
锂离子电池由锂离子插层负极材料（一般为石墨）、锂离子插层正极材料（一般为锂的氧化物如LiCoO2）及将两者分离开的锂离子传导电解液（如溶有锂盐LiPF6的碳酸乙二酯-碳酸二乙酯有机溶液）等材料构成[1]。
虽然这类电池已被成功地商业化，但现有的电极和电解液材料已达到了性能的极限。
在消费电子，以及清洁能源存储和混合电动交通工具的使用中，新一代可充电锂电池的研制迫切需要材料技术的进一步突破。
其中已在开发中的一种途径是纳米材料在锂离子电池中的应用。
关键词：储锂金属，纳米形貌特征，插锂反应，可逆相变一、电极锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。
优点：（i）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（ii）可发生在块体材料中不可能出现的反应；（iii）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（iv）短的电子输运路径（允许在低电导或高功率下使用）；（v）短的锂离子传输路径（允许在低锂离子传导介质或高功率下使用）。
缺点：（i）高比表面积带来的不可预期的电极/电解液反应增加，导致自放电现象，差的循环性能及寿命；（ii）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，除非开发出一种特殊的压缩工艺，否则会限制它的应用；（iii）电极合成过程可能会更加复杂。
认识了这些优缺点，人们已经加大在负极材料及最近展开的正极材料的研发力度。
二、负极储锂金属存在的问题储锂金属可部分重复地、在低电压（相对于锂）下进行储锂反应，它提供了比传统石墨大得多的比容量。
例如，锂硅合金，饱和状态下的分子式为Li4.4Si，理论上可以达到4200mAh/g的比容量，而金属锂为3600mAh/g，石墨只有372mAh/g。
但是，锂的嵌入再加上相变会导致体积发生巨大的变化，产生的应力致使金属电极断裂破碎，电阻增大，存储电荷的能力骤降。
尽管在合金化反应中结构的变化是很正常的，但人们依然努力去降低这一效应以保持电极的完整性。
活泼/惰性纳米复合（active/inactive composite）概念该方法包含了两种材料的混合，一种与锂反应，另一种作为惰性的局域缓冲。
在这种复合材料中，活泼相纳米级金属团簇被包裹在惰性非晶相基体中，在嵌锂过程中很好地消除了产生的内应力，从而提高了合金化反应的可逆性。
将这一概念应用到不同的体系中，结果显示这些电极极大地提高了锂电池的循环性能。
Si-C纳米复合材料就有此功能，2004年Novak,P等[2]在日本召开的锂电池会议中宣布其Si-C纳米复合材料电极循环100次后比容量仍高达1000mAh/g，因而受到了非常的注目。
纳米形貌特征对循环性能的贡献2005年3月份，Advanced Materials发表了对TiO2-B纳米管或纳米线的研究成果（B表示TiO2的类型而非硼元素）[3]。
这种材料可由简单的水相合成途径大量合成，直径在40-60nm之间，长度可达数微米。
多晶TiO2-B纳米管是一种优秀的锂嵌入载体，插锂电位在1.5-1.6V，形成Li0.91TiO2-B（305mAh/g），具有优异的可逆循环容量（循环100次后容量几无降低）。
有意思的是，它的比容量要优于同种相的直径跟纳米线直径相仿的纳米粒子。
2003年Green, M等[4]发现表面纳米柱磁电极因尺寸限制改变了颗粒的形变行为，减少了断裂的产生，同样显示了优异的可逆容量（循环50次后大部分柱状结构仍保持原样）。
人们研究发现纳米碳管的充放电容量可以超过石墨嵌锂化合物理论容量的一倍以上。
有人发现用化学气相沉积法制备的纳米碳管容量可达700mAh/g，又有人用Co/硅胶为催化剂在900 ℃下催化分解乙炔气体得到的纳米碳管的首次嵌锂容量达到952mAh/g。
但同时也发现与其它碳材料相比,纳米碳管作为负极材料不仅存在电位滞后,而且存在明显的双电层效应。
颗粒度的降低拓宽了人们对电极材料的选择范围纳米尺寸研究上的突破可能会迅速地改变人们对无机材料的化学/电化学反应原有的认识，原以为不满足传统锂插层标准而被否决的材料现在却值得重新思考了。
这来自于2003年Larcher, D等所做的关于宏观&纳米级赤铁矿颗粒与锂的反应活性的对比实验[5]。
纳米级赤铁矿颗粒（直径20nm）在可逆插锂过程中容量达0.6Li per Fe2O3，而无相变发生；大颗粒赤铁矿（直径1-2um）当插锂容量达到0.03 Li per Fe2O3时便发生不可逆相变。
三、正极纳米正极材料使用中的稳定性问题仍待解决人们对正极材料的研究远不如纳米负极材料研究得透彻。
传统正极材料如LiCoO2，LiNiO2以及它们的固溶体纳米粒子的使用致使与电解液的反应大大增强，特别是在高温区，从而出现了在微米级别正极材料的使用中未尝遇到过的安全性问题，如Mn的溶解，Jahn-Teller效应，极化增大等。
为了解决这些问题，研究人员进行了大量的研究，其研究方向主要有：优化设计合成方法、掺杂、进行表面改性、优化电解液来改善LiMn2O4和电解液的相容性等。
调整电极材料形貌是增强电极容量的重要途径2000年Dong, W等[6]报道的V2O5气溶胶（无规非晶高孔容材料）比多晶无孔的V2O5粉末具有更大的电活性容量。
这些气溶胶与电解液有很大的接触面积，可以支持高频工作，尽管由于过程中结构的改变或非常易发生反应的表面官能团导致循环性能成为一个问题。
插锂反应并不排斥相变的发生传统观点认为要保持锂电池快速可逆的电极反应，必须使用插层化合物作为电极，而且，插锂过程中不能发生相变，即插锂过程是连续的固溶过程。
然而，有越来越多的例子表明，尽管有相变的发生，锂的嵌入仍是很容易的，如LiCoO2和Li4Ti5O12，特别是最终两相有较强的结构相似性时（如，只有Li的排序不同）。
2001年Robertson, A.D.等[7]发现具有α-NaFeO2结构的层状LiMnO2发生相变转变为立方尖晶石结构时具有很好的循环性能，有>99.9%的容量恢复。
该体系是靠开发出的具有纳米结构的微米级颗粒的相变来释放应力的。
尖晶石纳米畴在立方和四方结构之间来回转变，所产生的应力则由畴壁的滑移而释放。
纳米畴是在层状到尖晶石结构转变时形成。
后来人们发现这样的纳米结构可以通过研磨的方法来实现到尖晶石结构的相变，也同样得到了循环性能的增强。
此外，碳包裹纳米粒子的制备使所选择的材料不再需要好的电导性能，也不再需要高的锂扩散系数，从而进一步拓宽了电极材料的选择范围。
四、电解液锂离子电池的进展不仅需要电极性能的提高，也需要依靠电解液性能的增强。
固态聚合物电解质代表了电池所需性能的终极形式。
最理想的聚合物电解质是那些无溶剂薄膜形成的，如聚乙烯（乙烯氧化物），PEO和锂盐（LiX），如LiPF6或LiCF3SO3。
然而这些材料在室温下差的离子传导性使之无法实现那么高的期望。
1998年，Croce, F.等[8]在Nature上宣告将纳米级无机填充物分散于无溶剂、聚醚基的电解质中，可以使其传导性增加数个量级。
电解质输运性能提高的原因可用Maier开发出的不同种类掺杂模型来解释。
可能与无机纳米粒子的表面状态跟聚合物链或锂盐阴离子之间发生的路易斯酸基交互作用有关。
事实上，人们也在开发其它可以达到高导率的聚合物电解质。
与这方面相关的有聚合物-盐纳米结构和离子液体的控制。
在30年里，人们一直相信聚合物电解质中的离子导电只可能发生在非晶相，于玻璃态转变温度Tg之上。
晶态的聚合物电解质被认为是绝缘的。
但是现在的研究发现并不是这样的。
按6：1比例复合的PEO5：LiXF6晶态复合体（X=P，As,Sb）显示出了离子导电性。
这说明在电解质中，就像前面提到的电极材料中一样，控制材料维度使之达到纳米级别会对其性能产生深远的影响。
最近又有报道发现如果用其它一价或二价阴离子部分取代XF6离子，可以使晶态聚合物电解质的离子电导率提高两个数量级。
正负极及电解液材料表1：常见的正极材料表2：负极材料特性表表3：电解液材料参考文献[1] 吴宇平等著，锂离子电池，化学工业出版社，2004[2] Novak, P. et al. in Int. Meeting Li Batteries IMLB12 Nara, Japan Abstract 9 (2004).[3] Armstrong, A. R. et al. Lithium intercalation intoTiO2-B nanowires. Adv. Mater. 17 , 862 - 865 (2005)[4] Green, M. et al. Structured silicon anodes for lithium battery applications. Electrochem. Solid-State Lett. 6, A75-79 (2003).[5] Larcher, D. et al. Effect of particle size on lithium intercalation into α-Fe2O3.J. Electrochem. Soc. 150, A133-139 (2003).[6] Dong, W, et al. Electrochemical properties of high surface area vanadium oxides aerogels. Electrochem. Solid State Lett. 3, 457-459 (2000)[7] Robertson, A. D. et al. Layered LixMnyCo1-yO2 intercalation electrodes: in? uence of ion exchange on capacity and structure upon cycling. Chem. Mater. 13, 2380-2386 (2001).[8] Croce, F. et al. Nanocomposite polymer electrolytes for lithium batteries. Nature 394, 456-458 (1998).。