索阅 100例 首 页| 资 讯| 下 载| 论 坛| 博 客| Webinar| 高 校| 杂 志| 会展| EETV| 百科| 问答| 电路图| 工程师手册| Datasheet

锂离子电池

浏览4196次
目录·历史
·优点
·缺点
·保养须知
·电化学
·正极
·负极
·电解质溶液
·登机政策
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。

·历史Top
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。
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。



如果您认为本词条还有待完善,需要补充新内容或修改错误内容,请编辑词条     查看历史版本
开放分类
电池    

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

贡献者
sylar    


本词条在以下词条中被提及:

关于本词条的评论共:(0条)
匿名不能发帖!请先 [ 登陆 ]