鋰離子電池工作原理及分類

1、淺談鋰離子電池工作原理1 .鋰離子電池工作原理一簡介鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離 子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。電池充電時(shí)，陰極 中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向陽極運(yùn)動(dòng)與電 子合成鋰原子。放電時(shí)，鋰原子從石墨晶體內(nèi)陽極表面電箱 成鋰離子和電子，并在陰極處合成鋰原子。所以，在該電池 中鋰永遠(yuǎn)以鋰稠子的形態(tài)出現(xiàn)，不會(huì)以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)， 所以這種電池叫做鋰寓子電池。2 .鋰離子電池工作原理一結(jié)構(gòu)鋰稠子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品， 電池的主要構(gòu)成為正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜以及外殼。正極一采用能吸藏鋰嬴子的碳極，放電時(shí)，鋰變成鋰離 子，脫離電池陽極，到達(dá)鋰離

2、子電池陰極。負(fù)極一材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰 化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、 中間相小球碳素等和金屬氧化物。電解質(zhì)一采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘 度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。隔膜一采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較高的抗 穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險(xiǎn)作用。外殼一采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功 能。3 .鋰離子電池工作原理鋰稠子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生 成的鋰稠子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀

3、 結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰福子就嵌入到碳層的微 孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。此時(shí)正極發(fā)生的 化學(xué)反應(yīng)為：charge正極反應(yīng) LiCoO2 < Lii.x CoO2 +xLi+xe.discharge同樣道理，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過 程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰嬴子脫出，又運(yùn)動(dòng)回到正極?；氐?正極的鋰稠子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容 量指的就是放電容量。此時(shí)負(fù)極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：charge負(fù)極反應(yīng) C 4-xLi+4-xe < C Lixdischarge不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰福子處于 從正極一負(fù)極f正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果

4、我們把鋰闋子電池 形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰澳 子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專 家們又給了鋰離子電池一個(gè)可爰的名字搖椅式電池。鋰離子電池分類依據(jù)鋰福子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以 分為液態(tài)鋰寓子電池(lithium ion battery,簡稱為LIB)和聚合 物鋰寓子電池(polymer lithium ion battery,簡稱為LIP)兩大 類。聚合物鋰寓子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰寓子都是 相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于 電解質(zhì)的不同，鋰寓子電池使用的是液體電解質(zhì)，而聚合物 鋰南子電池則以固體聚合物電解質(zhì)

5、來代替，這種聚合物可以 是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的，目前大部分采用聚合物膠體電 解質(zhì)。聚合物鋰闋子電池可分為三類：(1 )固體聚合物電解質(zhì)鋰闋子電池。電解質(zhì)為聚合物 與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高 溫使用。(2)凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物 電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電 池可在常溫下使用。(3)聚合物正極材料的鋰闋子電池。采用導(dǎo)電聚合物 作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰稠子電池的3倍，是最新 一代的鋰離子電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì), 與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、 任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，也

6、不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆 炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外 殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰福子電池還 可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液 態(tài)鋰闋子電池提高50%以上。此外，聚合物鋰離子電池在工 作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。 基于以上優(yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰福子電 池。聚合物鋰南子的發(fā)展趨勢展望聚合物鋰南子電池在全球技術(shù)成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多 時(shí)間了，雖然銷量在快速增長，但其市場份額尚低于10% , 與液態(tài)鋰電90%的市場份額無法相比，大大低于人們的預(yù) 期。由于各種原因，目前市場上聚合物的價(jià)格普遍要高于液 態(tài)鋰電，但

7、是，由于移動(dòng)電器的競爭模式正在悄悄地發(fā)生變 化，特別是聚合物電池給移動(dòng)電器帶來的設(shè)計(jì)價(jià)值創(chuàng)新(如 4mm厚度以下的優(yōu)越性能、大型規(guī)格電池)，聚合物電池正 被越來越多的手機(jī)、移動(dòng)DVD等設(shè)計(jì)人員所認(rèn)識(shí)，因而聚 合物廠商還是信心十足，堅(jiān)信聚合物的時(shí)代一定會(huì)到來?？?以從手機(jī)的發(fā)展看聚合物鋰離子電池的發(fā)展趨勢。目前手機(jī) 有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢：(1)手機(jī)本身向小型化、超薄化方向發(fā)展，以方便消費(fèi) 者的攜帶；(2)手機(jī)設(shè)計(jì)的個(gè)性化，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不再是原 來方方正正的形狀，不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計(jì)造型成為 手機(jī)設(shè)計(jì)美學(xué)化的主流；(3)使用彩屏、手機(jī)功能的不斷增加。為了使手機(jī)小型 化，電池減小、減薄是一個(gè)最有效的途徑。4mm以下厚度電 池有成為薄型手機(jī)配置的主流趨勢，從性價(jià)比來講，這是聚 合物的特長。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計(jì)造型的手機(jī)給電 池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長方型不能有 效利用空間，容量較低，而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則 空間最有效地利用起來，使容量放大。最近TCL金能公司推 出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機(jī)比使用相應(yīng) 規(guī)格的液態(tài)電池容量增加50%以上。手機(jī)功能越來越多，導(dǎo) 致耗電越來越多。要求電池容量相應(yīng)地增加。在不