鋰電池介紹

2021-03-04 03:25:02 字數 4763 閱讀 7165

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。最早出現的鋰電池來自於偉大的發明家愛迪生,使用以下反應:li+mno2=limno2該反應為氧化還原反應,放電。

由於鋰金屬的化學特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、儲存、使用,對環境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應用。現在鋰電池已經成為了主流。

鋰電池原理簡介

概述  鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。最早出現的鋰電池使用以下反應:li+mno2=limno2,該反應為氧化還原反應,放電。

正極上發生的反應為

licoo2=充電=li1-xcoo2+xli++xe(電子)

負極上發生的反應為

6c+xli++xe*****lixc6

電池總反應:licoo2+6c=li1-xcoo2+lixc6

鋰電池發展程序

由於鋰金屬的化學特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、儲存、使用,對環境要求非常高,所以鋰電池生產要在特殊的環境條件下進行。但是由於鋰電池的很多優點,鋰電池被廣泛的應用在電子儀表、數碼和家電產品上。但是,鋰電池多數是二次電池,也有一次性電池。

少數的二次電池的壽命和安全性比較差。

後來,日本索尼公司發明了以炭材料為負極,以含鋰的化合物作正極的鋰電池,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。當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,達到負極的鋰離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。

同樣,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出, 又運動回正極。回正極的鋰離子越多,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。

在li-ion的充放電過程中,鋰離子處於從正極→負極→正極的運動狀態。li-ion batteries就像一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象運動員一樣在搖椅來回奔跑。所以li-ion batteries又叫搖椅式電池。

隨著數碼產品如手機、膝上型電腦等產品的廣泛使用,鋰離子電池以優異的效能在這類產品中得到廣泛應用,並在近年逐步向其他產品應用領域發展。2023年,天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。習慣上,人們把鋰離子電池也稱為鋰電池,現在鋰離子電池已經成為了主流。

鋰電池材料

鋰電池負極材料大體分為以下幾種:

第一種是碳負極材料:

目前已經實際用於鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。

第二種是錫基負極材料:

錫基負極材料可分為錫的氧化物和錫基復合氧化物兩種。氧化物是指各種價態金屬錫的氧化物。目前沒有商業化產品。

第三種是含鋰過渡金屬氮化物負極材料,目前也沒有商業化產品。

第四種是合金類負極材料:

包括錫基合金、矽基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金 ,目前也沒有商業化產品。

第五種是奈米級負極材料:奈米碳管、奈米合金材料。

第六種奈米材料是奈米氧化物材料:目前合肥翔正化學科技****根據2023年鋰電池新能源行業的市場發展最新動向,諸多公司已經開始使用奈米氧化鈦和奈米氧化矽新增在以前傳統的石墨,錫氧化物,奈米碳管裡面,極大的提高鋰電池的衝放電量和衝放電次數。

鋰電池的特點

鋰離子電池主要優點

1、比能量比較高。具有高儲存能量密度,目前已達到460-600wh/kg,是鉛酸電池的約6-7倍;

2、使用壽命長,使用壽命可達到6年以上,磷酸亞鐵鋰為正極的電池用1cdod充放,有可以使用10,000次的記錄;

3、額定電壓高(單體工作電壓為3.7v或3.2v),約等於3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓,便於組成電池電源組;

4、具備高功率承受力,其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30c充放電的能力,便於高強度的啟動加速;

5、自放電率很低,這是該電池最突出的優越性之一,目前一般可做到1%/月以下,不到鎳氫電池的1/20;

6、重量輕,相同體積下重量約為鉛酸產品的1/5-6;

7、高低溫適應性強,可以在-20℃--60℃的環境下使用,經過工藝上的處理,可以在-45℃環境下使用;

8、綠色環保,不論生產、使用和報廢,都不含有、也不產生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質。

9、生產基本不消耗水,對缺水的我國來說,十分有利。

比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用wh/kg或wh/l來表示。wh是能量的單位,w是瓦、h是小時;kg是千克(重量單位),l是公升(體積單位)。

鋰電池的缺點:

1、鋰原電池均存在安全性差,有發生**的危險。

2、鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電,安全性較差。

3、鋰離子電池均需保護線路,防止電池被過充過放電。

4、生產要求條件高,成本高。

鋰原電池簡介:

鋰--二氧化錳電池(cr)

以金屬鋰為負極,以經過熱處理的二氧化錳為正極,隔離膜採用pp或pe膜,圓柱型電池與鋰離子電池隔膜一樣,電解液為高氯酸鋰的有機溶液,圓柱式或扣式。電池需要在濕度≤1%的乾燥環境下生產。

特點:低自放電率,年自放電可≤1%,全密封(金屬焊接,lazer seal)電池可滿足10年壽命,半密封電池一般是5年,如果工作控制不好的話,還達不到這個壽命。在圓柱型鋰錳電池開發方面做得比較好的億緯,目前已實現自動化生產,電池可以做到短路、過放電等測試不**。

一般在台式電腦的主機板上,有乙個扣式的鋰電池,提供微弱的電流,可以正常使用3年左右,一些賓館的門禁卡、儀器儀表等也使用鋰--二氧化錳電池,近年來使用量逐年下降。

鋰--亞硫醯氯電池

以金屬鋰為負極,正極和電解液為亞硫醯氯(氯化亞碸),圓柱式電池,裝配完成即有電,電壓3.6v,是工作電壓最平穩的電池種類之一,也是目前單位體積(質量)容量最高的電池。適合在不能經常維護的電子儀器裝置上使用,提供細微的電流。

其他鋰電池還有鋰--硫化亞鐵電池、鋰--二氧化硫電池等。

鋰離子電池的結構

鋰電池通常有兩種外型:圓柱型和方型。

鋰離子電池

電池內部採用螺旋繞制結構,用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鈷酸鋰(或鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等)及鋁箔組成的電流收集極。負極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。

電池內充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和ptc元件(部分圓柱式使用),以便電池在不正常狀態及輸出短路時保護電池不受損壞。

單節鋰電池的電壓為3.7v(磷酸亞鐵鋰正極的為3.2v),電池容量也不可能無限大,因此,常常將單節鋰電池進行串、併聯處理,以滿足不同場合的要求。

鋰電池的應用

隨著二十世紀微電子技術的發展,小型化的裝置日益增多,對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。

最早得以應用的是鋰亞原電池,用於心臟起搏器中。由於鋰亞電池的自放電率極低,放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。

鋰錳電池一般有高於3.0伏的標稱電壓,更適合作積體電路電源,廣泛用於計算機、計算器、手錶中。

現在,鋰離子電池大量應用在手機、膝上型電腦、電動工具、電動車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上,可以說是最大的應用群體。

為了開發出效能更優異的品種,人們對各種材料進行了研究。從而製造出前所未有的產品。比如,鋰二氧化硫電池和鋰亞硫醯氯電池就非常有特點。

它們的正極活性物質同時也是電解液的溶劑。這種結構只有在非水溶液的電化學體系才會出現。所以,鋰電池的研究,也促進了非水體系電化學理論的發展。

除了使用各種非水溶劑外,人們還進行了聚合物薄膜電池的研究。

鋰離子電池的作用

鋰離子電池目前由液態鋰離子電池(lib)和聚合物鋰離子電池(plb)兩類。其中,液態鋰離子電池是指 li +嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極採用鋰化合物licoo2或limn2o4,負極採用鋰-碳層間化合物。

鋰離子電池由於工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無汙染、自放電小、迴圈壽命長,是21世紀發展的理想能源。

鋰離子電池

2023年sony成功開發鋰離子電池。它的實用化,使人們的移動**、膝上型電腦等可攜式電子裝置重量和體積大大減小。使用時間大大延長。

由於鋰離子電池中不含有重金屬鎘,與鎳鎘電池相比,大大減少了對環境的汙染。

鋰離子電池發展史

鋰電池(鋰原電池)和鋰離子電池是20世紀開發成功的新型高能電池。鋰原電池的負極是金屬鋰,正極用mno2,socl2,(cfx)n等。70年代進入實用化。

因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度範圍寬、貯存壽命長等優點,在一些軍事和民用小型電器中使用。現在,鋰離子電池應用範圍更加廣泛,如移動**、可攜式計算機、攝像機、照相機等、並部分代替了傳統電池,而鋰原電池的應用領域不斷縮小。

現在由於數碼產品的普及,如手機、膝上型電腦等,使得效能優異的鋰離子電池得到廣泛應用。現在,人們習慣上把「鋰離子電池」叫做「鋰電池」。

鋰離子電池發展前景

鋰電池廣泛應用於水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統,郵電通訊的不間斷電源,以及電動工具、電動自行車、電動電單車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領域。

鋰離子電池以其特有的效能優勢已在可攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應用。目前開發的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用,預計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一,並將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。隨著能源的緊缺和世界的環保方面的壓力。

鋰電現在被廣泛應用於電動車行業,特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現,更推動了鋰電池產業的發展和應用。

電池的基本效能

(1)電池的開路電壓

(2)電池的內阻

(3)電池的工作電壓

(4)充電電壓

充電電壓是指二次電池在充電時,外電源加在電池兩端的電壓。充電的基本方法有恆電流充電和恆電壓充電。一般採用恆電流充電,其特點時在充電過程中充電電流恆定不變。

隨著充電的進行,活性物質被恢復,電極反應面積不斷縮小,電機的極化逐漸增高。

鋰電池產品介紹

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