鋰離子電池有什么優(yōu)勢？鋰離子電池工作原理是什么
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-05 09:32
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所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。
◎當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
◎做為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2 ＋3x＋5y)/2)等。
◎電解質(zhì)采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
◎隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。
◎外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。
鋰離子電池的種類
根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡稱為LIP)兩大類。
液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2，負極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅做集流體。
它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。
表 鋰離子電池結(jié)構(gòu)比較
電解質(zhì)
殼體/包裝
隔膜
集流體
液態(tài)鋰離子電池
液態(tài)
不銹鋼、鋁
25μPE
銅箔和鋁箔
聚合物鋰離子電池
膠體聚合物
鋁/PP復(fù)合膜
沒有隔膜或個μPE
銅箔和鋁箔
由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。
鋰離子電池的工作原理
就是指其充放電原理。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(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達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。同樣道理，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，又運動回到正極?；氐秸龢O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。不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。
鋰離子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品，它的陽極采用能吸藏鋰離子的碳極，放電時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達鋰離子電池陰極。鋰離子在陽極和陰極之間移動，電極本身不發(fā)生變化。這是鋰離子電池與金屬鋰電池本質(zhì)上的差別。鋰離子電池的陽極為石墨晶體，陰極通常為二氧化鋰。充電時，陰極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向陽極運動與電子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內(nèi)陽極表面電離成鋰離子和電子，并在陰極處合成鋰原子。所以，在該電池中鋰永遠以鋰離子的形態(tài)出現(xiàn)，不會以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)，所以這種電池叫做鋰離子電池。
鋰離子電池的充放電特性
５００ｍａｈ的ａａ型鋰離子電池的充放電特性曲線。單只鋰離子電池的充電電壓最好保持在４．１ｖ＋５０ｍｖ，充電電流通常限制在１ｃ（５００ｍａ）以下，否則會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池通常采用恒流／恒壓充電模式，即先采用１ｃ的恒定電流充電，電池電壓不斷上升，當上升到４．１ｖ時充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓方式（４．１ｖ＋５０ｍｖ），充電電流逐漸減小，當電池充足電時，電流降到涓流充電電流。用此方法，大約兩個小時電池可以充足（５００ｍａｈ）。鋰離子電池放電電流不應(yīng)超過３ｃ（１．５ａ），單體電池電壓不應(yīng)低于２．２ｖ，否則會造成損壞。采用０．２ｃ的放電電流，電池電壓下降到２．７ｖ時，可以放出額定電池容量（５００ｍａｈ），采用１ｃ的放電電流時，電池能夠放出９０％的電池容量，另外環(huán)境的溫度對電池的放電容量也會產(chǎn)生影響，所以規(guī)定了鋰離子電池放電時的溫度為－２０℃～＋６０℃。鋰離子電池的一個特點是比較容易顯示剩余電量，因為鋰離子電池的工作電壓隨時間徐徐下降，鋰離子電池放電起始電壓為４．１ｖ（４．２ｖ），放電終止電壓為２．５ｖ。
