鋰電池的原理與應(yīng)用

鋰電池的原理與應(yīng)用“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。

1970年代?？松腗.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個鋰金屬電池。1992年日本索尼公司發(fā)明了以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰離子電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰金屬電池鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池?；驹恚悍烹姺磻?yīng)：Li+MnO2=LiMnO2由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。而且其為一次性電池，所以，鋰金屬電池長期沒有得到應(yīng)用。雖然可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，也沒有得到廣泛推廣。所以目前市面上廣泛流通的鋰電池大部分是后來居上的鋰離子電池。鋰離子電池鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。比如：正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2，負(fù)極采用碳電極，電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等的有機溶液的液態(tài)鋰離子電池反應(yīng)原理為：充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為LiCoO2==Li(1-x)CoO2+xLi++xe-充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi++xe-

=LixC6充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，保證負(fù)極的電荷平衡。放電時則相反，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)。從充放電反應(yīng)的可逆性看，鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。如此鋰離子電池即可反復(fù)充放電使用。鋰離子電池的特點

1、薄，輕，容量大和任意形狀。

2、快速充電。使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器，可以使鋰離子電池在1.5--2.5個小時內(nèi)就充滿電；而新開發(fā)的磷鐵鋰電，已經(jīng)可以在35分鐘內(nèi)充滿電。

3、高電壓。一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值)，相當(dāng)于三個串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。

4、不含金屬鋰。鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機運輸關(guān)于禁止在客機攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。

5、循環(huán)使用壽命長。連續(xù)充放電500次后，電池的容量依然不低于額定值的80％。

6、安全性高。該電池具有在短路、過充、過放、沖擊(10kg重物自1m高自由落體)、振動、槍擊、針刺(穿透)、高溫(150℃)等狀態(tài)下不起火、不爆炸等特點。

7、無環(huán)境污染。它不含有鎘、鉛、汞這類有害物質(zhì)，是一種潔凈的“綠色”能源。

8、無記憶效應(yīng)。記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。

性能比較電池類型酸性電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池安全好好好優(yōu)秀工作電壓(V)21.21.23.7重量能量比(Wh/kg)354150-80140-180體積能量比(Wh/l)80120100-200>320電池類型酸性電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池循環(huán)壽命300300500>500工作溫度(℃)-20~60-20~60-20~60-20~60自放電<10<10<30<5記憶效應(yīng)無有無無毒性有毒有毒輕毒無毒形狀固定固定固定任意隨著數(shù)碼產(chǎn)品如手機、筆記本電腦等產(chǎn)品的廣泛使用，鋰離子電池以優(yōu)異的性能在這類產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，并在