深度閱讀鋰離子電池

鋰離子電池是20世紀(jì)發(fā)展起來的一種新型高能電池。它可以理解為一種含有鋰元素的電池(包括鋰金屬、鋰合金、鋰離子和鋰聚合物)，可分為鋰金屬電池(生產(chǎn)和應(yīng)用較少)和鋰離子電池(目前應(yīng)用較多)。由于其比能高、電池電壓高、工作溫度規(guī)劃寬、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、便攜式電腦、攝像機(jī)、攝像機(jī)等特種和民用小家電中，部分替代了傳統(tǒng)的電池。

鋰離子電池的起源與發(fā)展

在20世紀(jì)70年代，埃克森美孚的m.s.Watson用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，鋰金屬作為負(fù)極材料制造了第一塊鋰離子電池。

在1980年，j.Goodenough發(fā)現(xiàn)鋰鈷氧化物可以作為鋰離子電池的陰極材料。

1982年水銀血壓計(jì)argarwal和,伊利諾斯理工學(xué)院的sielman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，這是一個(gè)快速且可逆的過程。與此同時(shí)，鋰離子電池由鋰金屬制成，其潛在的安全隱患也受到了人們的重視，因此人們測(cè)試了利用鋰離子嵌入石墨的特性來制作可充電電池。第一個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室成功試制。

1983年，m.hackeray和j.gendenough等人發(fā)現(xiàn)，錳尖晶石是一種極好的陽極材料，具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性和鋰導(dǎo)電性好的特點(diǎn)。其分化溫度高，且氧化程度遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使發(fā)生短路、過充，也能防止焚化、爆炸的危險(xiǎn)。

1989年，a.a.thiram和j.g.ough發(fā)現(xiàn)，假如選擇聚合陰離子的正極，就會(huì)出現(xiàn)更高的電壓。

1991年，索尼公司推出了第一款商用鋰離子電池。后來，鋰離子電池徹底改變了消費(fèi)類電子產(chǎn)品的面貌。

1996年，Padhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰(LiFePO4)，優(yōu)于傳統(tǒng)的陰極材料，從而成為主流的陰極材料。

鋰離子電池是鋰離子電池的一種發(fā)展。在我們討論鋰離子之前，我們先來討論鋰離子電池。例如，紐扣電池屬于鋰離子電池。鋰離子電池的正極是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝好后，電池將有電壓，不要充電。這種電池也可以充電，但循環(huán)功能不好，在充放電循環(huán)過程中，簡(jiǎn)略地形成鋰枝晶，構(gòu)成電池內(nèi)部短路，所以一般這種電池是停止充電的。

后來，日本索尼公司把碳材料作為負(fù)極，把含鋰化合物作為正極的鋰離子電池，在充放電的過程中，不存在金屬鋰、鋰離子，這就是鋰離子電池。

上世紀(jì)90年代初，日本的索尼電力開發(fā)公司和加拿大的莫利電力公司分別開發(fā)了一種新型鋰離子電池，不僅性能優(yōu)良，而且對(duì)環(huán)境無污染。隨著信息技術(shù)、手持式機(jī)械和電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展，對(duì)高效率電源的需求急劇新增。

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和原理

鋰離子電池的重要組成部分:

(1)正極活性物質(zhì)重要指鋰鈷酸、鋰錳酸、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、鈷錳酸鎳鋰等。導(dǎo)電收集液一般用于10-20微米厚度的鋁箔;

隔膜一種特殊的塑料薄膜，允許鋰離子通過，但同時(shí)也是電子的絕緣體。現(xiàn)在重要有PE和PP及其組合。有一種無機(jī)固體膜，如氧化鋁膜涂層就是一種無機(jī)固體膜;

(3)負(fù)極活性物質(zhì)重要是指石墨、鈦酸鋰或具有類似石墨結(jié)構(gòu)的碳材料。導(dǎo)電收集液一般為銅箔，厚度為7-15微米;

(4)電解液一般有機(jī)體系，如溶解的六氟磷酸鋰碳酸鹽溶劑，部分聚合物電池使用凝膠電解液;

(5)電池外殼主要分為硬殼(鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼等)和軟殼(鋁塑料薄膜)。