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钱塘百科  > 所属分类  >  节能与新能源   
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锂电

锂电池的简称,锂电池主要是指在电极材料中使用了锂元素作为主要活性物质的一类电池。 以这个定义来看,锂电池是指一类电池,包括锂一次电池(原电池)与锂二次电池。
锂电池有轻巧耐用等优点(比较一下电动车上的铅蓄电池就知道了),对环境污染相对小一些。
锂电池是一类由石墨为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池的发明者是爱迪生。
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。所以,锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展,小型化的设备日益增多,对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。
中文名
锂电
成    分
锂元素
起    源
心脏起搏器中
首次研发成功
Sony

目录

  1. 1 早期研发
  2. 2 发展现况

早期研发

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锂电 锂电
最早得以应用于心脏起搏器中。锂电池的自放电率极低,放电电压平缓。使得植入人体的起搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源。二氧化锰电池,就广泛用于计算机,计算器,数位相机、手表中。  
为了开发出性能更优异的品种,人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如,锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以,锂电池的研究,也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外,人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。
1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化,使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属镉,与镍镉电池相比,理论上,相对减小了一些污染。

发展现况


3C产业常提到的锂电池其实是锂钴电池,广义的可充放锂电池是指由一个石墨负极、一个采用钴、锰或磷酸铁的正极、以及一种用于运送锂离子的电解液所构成。而一次锂离子电池则可以锂金属或者嵌锂材料作为负极。
锂电池产业发展20多年来一直集中在、电子通信,数码行业为主,鲜少应用在储能和动力电池(瞬间需要较大电流)市场,这市场涵盖纯电动车、油电混合车、中大型UPS、太阳能、大型储能电池、电动手工具、电动摩托车、电动自行车、航太设备与飞机用电池等领域。
主要原因之一是、锂电池采用的锂钴正极材料(LiCoO2,就是最常见的锂电池),无法应用在需要大电流、高电压、高扭力以及要耐受穿刺、冲撞和高温、低温等条件等特殊环境,更重要的是,因无法满足人们对安全的绝对要求而饱受诟病。  
同时,锂钴电池也无法达到快速充电与完全避免二次污染等目的,而且,一定要设计保护电路以防止过度充电或过度放电,否则就会造成爆炸等危险,甚至出现如Sony电池爆炸导致全球品牌NB业者投下巨资回收的情况。
另外,钴的价格愈来愈高昂,全球钴元素最大生产国刚果,战乱纷扰多,导致钴元素价格不断升高。锂钴电池的粉体因钴元素价格不断上涨,从原先的每公斤40美元涨价到60~70美元。磷酸锂铁粉体依品质好坏,每公斤售价在30~60美元。
这20年来,各国已投入很多的资源,寻找能够取代或解决LiCoO2问题的材料,取得一些成果。
锂离子电池的原理
锂离子电池中的电解液可以是凝胶体、聚合物(锂离子/锂聚合物电池)、或凝胶体与聚合物的混合物。因为目前尚未发现能够在室温条件下有效运送锂离子的聚合物,所以大多数的“塑胶封袋”锂离子/ 锂聚合物电池事实上都是结合凝胶体和聚合物的混合型电池。
正极或负极必须具有类似海绵的物理结构,以释放或接收锂离子。在充电时,锂离子从负极材料移出至电解液,再像水进入海绵一样地进入正极材料,这个过程被称为嵌入(Intercalation)。放电的过程则完全相反。
各种锂离子电池的优劣
正极材料的选择决定了电池的容量、安全性和老化特性。其中钴特别提供了极佳的容量和老化特性,但与其他的材料相比,钴的安全性就差了些。
锂镍钴电池
锂镍钴电池是锂镍电池和锂钴电池的固溶体(综合体),兼具锂镍和锂钴的优点,一度被产业界认为是最有可能取代锂钴电池的新正极材料,但钴正极电池在放电的过程中往往会形金属锂。因为金属锂具有易燃的特性,如果安全措施失效时,金属锂往往引发燃烧,所以安全性还是无法有更大突破。
因此,全球相关业者的主要发展集中在基于锰或磷酸铁的正极:“LiNiO2”(锂镍电池)、“LiNi0.8Co0.2O2”(锂镍钴电池)、“LiMn2O4”(锂锰电池)、“”(锂镍钴锰电池)和LFP(磷酸锂铁电池)以提升其安全性,但提高安全性的代价是电池容量略有下降,且使电池的老化速度加快。
锂锰电池
锂锰电池的成本低且安全性比锂钴好一些,但循环寿命欠佳,且高温环境的循环寿命更差,高温时甚至会出现锰离子溶出的现象,高温造成自放电严重,以致储能特性差。
锂镍电池
锂镍电池的成本较低且电容量较高,不过,制作过程困难且材料性能的一致性和再现性差,最严重的是依然有安全性问题。
磷酸锂铁电池
磷酸锂铁电池则同时拥有锂钴、锂镍和锂锰的主要优点,但不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题,而且,工作电压适中(3.2V)、电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,是业界认为较符合环保、高性能要求要求的锂离子电池。有关LiMPO4, LiFePO4, LFP, 磷酸亚铁锂, 锂铁磷, 磷酸铁锂, 磷酸锂铁 
但是,磷酸锂铁电池,只是在理论上,安全性稍高于,以前的锂离子电池。它对于,锂离子电池,容易发生的危险性,没有彻底的改变。
电池的理论充电时间
电池的理论充电时间=电池的电量除以充电器的输出电流。
例如:以一块电量为800mAH的电池为例,充电器的输出电流为500mA那么充电时间就等于800mAH/500mA=1.6小时,当充电器显示充电完成后,最好还要给电池大约半个小时左右的补电时间。

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