锂电池

2022年12月4日电池111阅读模式

锂电池是现在各种电子设备甚至是电动车上最常用的电池,比如手机、相机、平板电脑、可穿戴设备等等都是用的锂电池,锂电池应用这么广泛与他无与伦比的优势有密不可分的联系,当然任何东西不可能光有优点,锂电池的缺点也是显而易见的。

种类

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展,锂电池已经成为了主流。

锂电池

工作原理

1,锂金属电池:

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应:Li+MnO2=LiMnO2

2,锂离子电池:

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为

LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)

充电负极上发生的反应为

6C+xLi++xe- = LixC6

充电电池总反应:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

正极

正极材料:可选的正极材料很多,目前市场常见的正极活性材料如下表所示:

锂电池

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

负极材料:多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。

负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。

充电时:xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时:LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

主要材料

1,碳负极材料

实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

2,锡基负极材料

锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。

3,氮化物

没有商业化产品。

4,合金类

包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ,也没有商业化产品。

5,纳米级

纳米碳管、纳米合金材料。

6,纳米氧化物

根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向,诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨,锡氧化物,纳米碳管里面,极大地提高锂电池的充放电量和充放电次数。

锂离子电池的优缺点

锂离子电池的优点:

(1)能量密度较高。电池的能量密度提高,可以增加手机的待机时间和电动汽车的续航里程。

(2)平台电压高。平台电压也被称为标称电压。如果以钴酸锂或磷酸铁锂为正极,当锂离子电池充电截止电压为4.2V时,锂电池单体平台电压分别为3.7V、3.2V。约等于3个镍铬电池或镍氢电池的串联电压。更高的平台电压意味着电池更高的能量和功率输出。

(3)自放电小。自放电是指当锂离子电池充电至一定荷电状态,在固定条件下存储一定时间后,容量的损失和开路电压的降低。根据课程介绍,锂离子电池存储一个月后的自放电率不超过5%,低于镍铬电池相同时间的自放电率25-30%和镍氢电池相同时间的自放电率30-35%。

(4)允许工作温度范围宽。锂离子电池可在-25℃到60℃范围内工作。在低于0℃的环境下,电池性能下降,相同倍率下放电容量会降低(充放电倍率=充放电电流/额定容量)。一般,锂离子电池性能完全的工作温度范围是0℃到40℃。

(5)循环使用寿命长。长寿命铅酸电池的循环寿命在300-500次左右。磷酸铁锂动力电池循环寿命超过3000次。磷酸铁锂动力电池循环3000次后剩余容量大于80%。铅酸电池使用时间为1-1.5年,同质量的磷酸铁锂动力电池在同样条件下使用理论寿命为8-10年。

(6)对环境污染小。锂离子电池在生产、使用、报废过程均不含有且不产生铅、汞、镉等有毒有害重金属元素。因此锂离子电池相对铅酸电池和镍铬电池对环境污染小。

(7)无记忆效应。电池记忆效应是指如果电池长期不彻底充放电,容易在电池内留下痕迹,发生电池容量降低的现象。镍铬电池具有较大记忆效应,镍氢电池的记忆效应较小。

锂离子电池的缺点:

(1)锂离子电池在使用中存在发生爆炸的安全风险,当前锂离子电池的安全性问题是学术界和产业界重点解决问题。

(2)锂离子电池需要保护线路,防止电池被过充放电,增加保护线路使电池复杂性增加。电池过充可能会破坏正极结构而影响性能和寿命;还可能使电解液分解,导致内部压力过高而漏液。电池过放,将会导致活性物质(电极活性物质决定了电池的容量和电动势)的恢复困难。

(3)生产要求条件高,成本高。在锂离子电池生产环境中,需要控制环境中的水分和粉尘,推高了成本。制作锂离子电池正极材料所需锂、钴、镍等金属,受限于中国矿产资源限制,多依靠海外进口,也使得成本提高。

镍氢电池

镍氢电池是由氢离子和金属镍合成的一种碱性蓄电池,它的正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由贮氢合金制成。

镍氢电池
碱性锌锰电池

碱性锌锰电池是我们在市场上很容易买得到的5号电池,也被称作锌锰碱性电池,是干电池的一种,碱性锌锰电池大电流和连续放电性能优越,比普通锌锰电池容量高,低温性能好,是性能价格比最高的民用一次电池,特别适用于照相机、儿童玩具等大电流连续使用的器具。

碱性锌锰电池
锂电池的正确使用方法

有种说法是新电池或者是新手机在第一次充电的时候需要把电量全部用光再充满,如此循环三次,还有就是手机充电要充满之后才能拔掉电源,其实这两种说法都不正确,目前的智能手机使用的都是锂电池,锂电池是没有记忆效应的。充不满或没用完均不影响寿命和容量。也不存在第一次充电要把电池的电放光的说法。

锂电池的正确使用方法
锂电池和铅酸电池哪个好

铅酸电池是人类最早发明的电池,它主要由正极、负极、电解液、隔板、外壳这5个部分组成,正极板会涂“二氧化铅”的活性物质,负极涂“海绵状纯铅”的活性物质,电解液是用硫酸和蒸馏水按比例混合而成,而铅酸电池的充放电是依靠正负极板上的活性物质和电解液中的硫酸化学反应来实现,达到电能转化化学能,化学能转化电能的目的。

锂电池和铅酸电池哪个好
锂电池第一次充电

目前我们的手机电池一般都是锂电池,对于锂电池第一次充电,很多时候,我们买手机的时候,销售人员会告诉我们,手机前三次需要充电12小时。其实有一个误区,是镍电池(如镍镉、镍氢)的延续。所以这个说法可以说是一开始的误传。

锂电池第一次充电

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