RSS订阅锂离子电池
贡献者：sylar 浏览：5272次 创建时间：2009-06-26
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锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。习惯上，锂离子进入正极材料的过程叫嵌入，离开的过程叫脱嵌；锂离子进入负极材料的过程叫插入，离开的过程叫脱插。 锂离子电池容易与下面两种电池混淆：
锂电池：存在锂单质。
锂离子聚合物电池：用多聚物取代液态有机溶剂。
1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。·历史 Top
1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。
1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。
1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如锂铁磷酸盐(LiFePO4)，比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。
·优点 Top
高能量密度：因电极材料不同而不同，按质量计算，可达150～200Wh/kg(540～720kJ/kg)；按体积计算，可达250～530Wh/L(0.9～1.9kJ/cm3)。
开路电压高：因电极材料不同而不同，可达3.3～4.2V。
输出功率大：因电极材料不同而不同，可达300～1500W/kg(@20秒)。
无记忆效应
低自放电：<5％～10％/月。智能型锂离子电池由于有内建的监测电路，这个监测电路的工作电流甚至高于自放电电流。
工作温度范围宽：可在-20℃～60℃之间正常工作。
充、放电速度快
因此，锂离子电池广泛应用于消费电子产品、军工产品、航空产品等。
·缺点 Top
衰老：与其它充电电池不同，锂离子电池的容量会缓慢衰退，与使用次数无关，而与温度有关。可能的机制是内阻逐渐升高，所以，在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。
储存温度与容量永久损失速度的关系
充电电量 储存温度0℃ 储存温度25℃ 储存温度40℃ 储存温度60℃
40％～60％ 2％/年 4％/年 15％/年 25％/年
100％ 6％/年 20％/年 35％/年 80％/6月
高内阻：出厂的锂离子电池平均内阻已达320mΩ，高于镍铬电池的100mΩ。随着充放电次数的增加，以及电池的衰老，内阻会逐渐增加。
回收率：大约有1％的出厂新品因种种原因需要回收。
不耐受过充：过充电时，过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中，无法再释放，可导致电池寿命缩短。
不耐受过放：过放电时，电极脱嵌过多锂离子，可导致晶格坍塌，从而缩短寿命。
需要多重保护机制：由于错误使用会减少寿命，甚至可能导致爆炸，所以，锂离子电池设计时增加了多种保护机制。
保护电路：防止过充、过放、过载、过热。
排气孔：避免电池内部压强过大。
隔膜：有较高的抗穿刺强度，防止内部短路；在电池内部温度过高时还能融化，阻止锂离子通过，阻滞电池反应，升高内阻(至2kΩ)。
排气孔、隔膜一旦激活，将使电池永久失效。
·保养须知 Top
充电时不得高于最大充电电压，放电时不得低于最小工作电压。
不要经常深放电、深充电。不过，每经历约30个充电周期后，电量检测芯片会自动执行一次深放电、深充电，以准确评估电池的状态。
避免高温，轻则缩短寿命，严重者可引发爆炸。如有条件可储存于冰箱。笔记本电脑如果正在使用交流电，请拔除锂离子电池条，以免受到电脑产热的影响。
避免冻结，但多数锂离子电池电解质溶液的冰点在-40℃，不容易冻结。
如果长期不用，请以40％～60％的充电量储存。电量过低时，可能因自放电导致过放。
由于锂离子电池不使用时也会自然衰老，因此，购买时应根据实际需要量选购，不宜过多购入。
·电化学 Top
和所有化学电池一样，锂离子电池也由三个部分组成：正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以嵌入(插入)/脱嵌(脱插)的。
·正极 Top
正极材料：如上文所述，可选的正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照：
正极材料 平均输出电压 能量密度
LiCoO2 3.7 V 140 mAh/g
LiMn2O4 4.0 V 100 mAh/g
LiFePO4 3.3 V 170 mAh/g
Li2FePO4F 3.6 V 115 mAh/g
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。
充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-
放电时：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4
·负极 Top
负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。
负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。
充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6
放电时：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C
·电解质溶液 Top
溶质：常采用锂盐，如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)。
溶剂：由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此锂离子电池常采用有机溶剂，如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有机溶剂常常在充电时破坏石墨的结构，导致其剥脱，并在其表面形成固体电解质膜(solid electrolyte interphase，SEI)导致电极钝化。有机溶剂还带来易燃、易爆等安全性问题。
·登机政策 Top
中华人民共和国：个人自用的消费电子产品，如手表、计算器、照相机、手机、手提电脑、便携式摄像机等，如果内含锂或锂离子电池芯或电池的，允许登机。如作为备用电池的，必须单个存放，必须做好防短路保护，仅能在手提行李中携带，并且限制在每人不超过2个，等质总锂含量不超过25克。托运行李禁止携带锂离子电池。
美利坚合众国：当且仅当锂离子电池是安装在允许登机的设备上时，该电池才准予登机。手提行李不受此限。
开放分类
参考资料
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%94%82%E7%A6%BB%E5%AD%90%E7%94%B5%E6%B1%A0&variant=zh-cn
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