鋰離子電池的誕生及研制過(guò)程
2017-4-16 19:18:49??????點(diǎn)擊：
鋰離子電池是繼鎳氫電池后研發(fā)的一種新型二次電池。鋰位于元素周期表中第一族主族的第一位，是金屬中最輕的元素，有最負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電位，組成的電池能量密度大、電壓高。 1962年Boston電化學(xué)會(huì)上最初提出鋰非水性二次電池，這因?yàn)殇囃菀装l(fā)生析氫反應(yīng)， 必須使用不能被鋰還原的非水溶劑，即使用非質(zhì)子性的穩(wěn)定溶劑。后來(lái)隨著嵌入化合物化學(xué)的發(fā)展，1976年開始研究鋰對(duì)石墨的電化學(xué)嵌入，1980年開始研究LiCoO2和LiNiO2層狀化合物，同年意大利科學(xué)家提出了嵌入離子的搖椅概念。終于在20世紀(jì)90年代初，Sony公司采用碳材料作負(fù)電極、鋰鈷氧化物作正電極和含鋰鹽的有機(jī)溶劑為電解質(zhì),開發(fā)出了第一代鋰二次電池，即鋰離子電池或搖椅電池。這種電池充電時(shí)鋰離子從正極脫出而嵌人負(fù) 極，放電時(shí)過(guò)程相反,鋰離子從負(fù)極脫出嵌人正極。這種電池的工作模式是鋰離子在正、負(fù)電極中作搖椅式來(lái)冋運(yùn)動(dòng)。
鋰離子電池的負(fù)極電位相對(duì)鋰電極為正，正極電位為4.0V。該電池的丁作電壓高，約為3.6V。高電壓是鋰離子電池最主要的優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)鋰離子電池的端電壓相當(dāng)于3個(gè)鎳氫電池或鎘鎳電池串聯(lián)后的端電壓，但對(duì)于便攜式設(shè)備的應(yīng)用來(lái)說(shuō)這是個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)楣P記本電腦的芯片、手機(jī)芯片的電源電壓趨于下降，這將挑戰(zhàn)3.6V鋰離子電池的應(yīng)用。鋰離子電池有較高的比能為鎳氫電池的1.5倍和鉛酸電池的3倍，放電曲線平穩(wěn)，A放電率低，循環(huán) 壽命長(zhǎng)，弓鎳氫電池一樣，無(wú)記憶效應(yīng)，無(wú)污染，也被稱為綠色電池。
鋰離子電池采用卷繞式結(jié)構(gòu)，蓋體設(shè)計(jì)復(fù)雜，功能性多，強(qiáng)化了安全保護(hù)。這種高比能 量電池必須經(jīng)過(guò)規(guī)范的安全檢測(cè)評(píng)估。鎳氫和鎘鎳電池的電解液是水溶液，而鋰離子電池必 須用非水性電解液，其電導(dǎo)率低得多，因此電極要大大減薄，制備又薄又長(zhǎng)的正負(fù)電極，要有著不同的電極制備工藝。鋰離子電池同樣有圓柱式、扁平式、紐扣式和動(dòng)力用電池組等類型。Sony公司生產(chǎn)的14500電池的容量為500mAh，尺寸為14.3mmX50.4mm，重量為 19g；18650電池的容量為1350mAh,尺寸為18. 4mmX64. 9mm,重量為40g。
鋰離子電池能夠很好地配合電子產(chǎn)品小型化、袖珍化的發(fā)展方向.以滿足手機(jī)和筆記木 電腦又薄又輕的要求，三洋超薄電池的厚度僅為4mm，重量比能量為160Wh/kg,體積比能量為360Wh/L。
最近發(fā)展的聚合物鋰離子電池被稱為第二代鋰離子電池，由于采用導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)和特別的流延工藝.容易制備特別薄的和不同形狀的電池。美國(guó)和日本先后宣布開始聚合物鋰 離子電池的生產(chǎn)。松下公司生產(chǎn)的聚合物鋰離子電池的容量為600mAh，尺寸為3. 6mmX 35mmX62mm (扁平式），重量為15g。
用LiCoO2復(fù)合金屬氧化物在鋁板上形成陽(yáng)極，用鋰碳化合物在銅板上形成陰極，極板間插入帶有亞微米級(jí)微孔的聚烯烴薄膜隔板，電解液為有機(jī)溶劑。為避免因使用不當(dāng)而造成電池?fù)p壞，在鋰離子電池內(nèi)設(shè)有以下3種安全機(jī)構(gòu)：
正溫度系數(shù)元件（PTC)。當(dāng)電池內(nèi)的溫度過(guò)高時(shí)，PTC的阻值隨之上升.會(huì)自動(dòng)將陰極引線與陰極之間的電路切斷。
特殊材料的隔板。當(dāng)電池內(nèi)溫度上升到一定數(shù)值時(shí)，隔板上的微孔會(huì)自動(dòng)溶解掉，從而使電池內(nèi)的反應(yīng)停止。
安全閥。當(dāng)電池內(nèi)部壓力升高到一定數(shù)值時(shí)，安全閥將向動(dòng)打開。
鋰離子電池易受到過(guò)充電、深放電以及短路的損害。單體鋰離子電池的充電電壓必須嚴(yán)格限制。充電速率（蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示，C為蓄電池的額定容量，例如用2A電流對(duì)lAh電池充電，充電速率就是2C；同樣地，用2A電流對(duì)500mAh電池充電，充電速率就是4C)通常不超過(guò)1C,最低放電電壓為2.7?3.0V，如再繼續(xù)放電，則會(huì)損壞電池。鋰離子電池以恒流轉(zhuǎn)恒壓方式進(jìn)行充電。采用1C充電速率充電至4.1V時(shí)，充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓充電，充電電流逐漸減??；當(dāng)電池充足電后，進(jìn)人涓流充電過(guò)程。為避免過(guò)充電或過(guò)放電，鋰離子電池不僅在內(nèi)部設(shè)有安全機(jī)構(gòu)，充電器也必須采取安全保護(hù)措施，以監(jiān)測(cè)鋰離子電池的充放電狀態(tài)。
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