鉅大LARGE | 點擊量：1417次 | 2018年12月23日
鋰離子電池工作原理是什么
作用機理鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。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，達到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，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，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時電池發(fā)熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內(nèi)部的電化學反應需要時間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產(chǎn)生泡沫，反而不滿。使用（放電）注意事項對電池來說，正常使用就是放電的過程。鋰電池放電需要注意幾點：第一，放電電流不能過大，過大的電流導致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會造成永久性的損害。在手機上，這個倒是沒有問題的，可以不考慮。從右圖上可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。第二，絕對不能過放電！鋰電池內(nèi)部存儲電能是靠電化學一種可逆的化學變化實現(xiàn)的，過度的放電會導致這種化學變化有不可逆的反應發(fā)生，因此鋰電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導致電池報廢。好在手機電池內(nèi)部都已經(jīng)裝了保護電路，電壓還沒低到損壞電池的程度，保護電路就會起作用，停止放電。
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒有記憶效應。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環(huán)境污染，被稱為綠色電池。
1970年代?？松腗.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，制成首個鋰電池。
1980年，J.Goodenough發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1982年伊利諾伊理工大學(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關(guān)注，因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料，具有低價、穩(wěn)定和優(yōu)良的導電、導鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1991年索尼公司發(fā)布首個商用鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費電子產(chǎn)品的面貌。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵(LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具優(yōu)越性，因此已成為當前主流的正極材料。
隨著數(shù)碼產(chǎn)品如手機、筆記本電腦等產(chǎn)品的廣泛使用，鋰離子電池以優(yōu)異的性能在這類產(chǎn)品中得到廣泛應用，并在逐步向其他產(chǎn)品應用領(lǐng)域發(fā)展。
1998年，天津電源研究所開始商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池。
2018年7月15日，從科達煤炭化學研究院獲悉，一種由純碳作為主要成分的高容量高密度鋰電池用特種碳負極材料在該院問世，這種由全新材料制備的鋰電池可以實現(xiàn)汽車續(xù)航里程突破600公里。[2]
2018年10月，南開大學梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學賴超課題組合作成功制備了具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為復合負極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長鋰電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進材料》上發(fā)表
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