“鋰電池”是以鋰金屬或鋰合金為正/負極材料,采用非水電解液的電池。
鋰電池最早用於心臟起搏器。鋰電池自放電率極低、放電電壓平緩等優點,使得植入人體的起搏器可以長時間運行而無需充電。鋰電池壹般標稱電壓高於3.0伏,更適合集成電路供電。二氧化錳電池廣泛用於計算器、數碼相機和手表。
為了開發更多的優良品種,人們研究了各種材料,從而生產出前所未有的產品。
1912鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出並研究。
70年代,M. S. Whittingham提出並開始研究鋰離子電池。
1992索尼研發成功鋰離子電池。其實用性大大降低了手機、筆記本、計算器等便攜式電子設備的重量和體積。
由於金屬鋰的化學特性非常活潑,金屬鋰的加工、保存和使用對環境的要求非常高。隨著科技的發展,鋰電池已經成為主流。
鋰電池大致可以分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。
鋰離子電池不含金屬鋰,可充電。鋰金屬電池,充電電池的第五代產品,誕生於1996。其安全性、比容量、自放電率、性價比都優於鋰離子電池。由於其本身的高技術要求,只有少數國家的公司在生產這種鋰金屬電池。
二、工作原理
1.鋰金屬電池
壹般是以二氧化錳為正極材料,鋰金屬或其合金金屬為負極材料,使用非水電解液的電池。
放電反應:Li+MnO2 = LiMn02。
2.鋰離子電池:
鋰離子電池壹般采用鋰合金金屬氧化物作為正極材料,石墨作為負極材料,非水電解液。
充電陽極上的反應如下
licoo 2 = Li(1-x)COO 2+XLI ++ Xe-(電子)
充電負電極上的反應如下
6C+xLi++xe-?= LixC6
充電電池總反應:licoo 2+6c = Li(1-x)COO 2+lixc 6。
第三,特點
高能量密度鋰離子電池的重量是同容量鎳鎘或鎳氫電池的壹半,體積是鎳鎘的20-30%,鎳氫的35-50%。
高壓單節鋰離子電池的工作電壓為3.7V(平均),相當於三節鎳鎘或鎳氫電池串聯在壹起。
無汙染的鋰離子電池不含鎘、鉛、汞等有害金屬物質。
不含金屬鋰的鋰離子電池不含金屬鋰,因此不受飛機運輸中禁止攜帶鋰電池上客機規定的限制。
高循環壽命正常情況下,鋰離子電池充放電循環可超過500次,磷酸亞鐵鋰可達2000次。
記憶效應無記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環過程中容量下降的現象。鋰離子電池不存在這種效應。
快充采用恒流恒壓充電器,額定電壓4.2V,可使鋰離子電池在1.5-2.5小時內充滿電;新開發的磷酸鐵鋰電池可以在35分鐘內充滿電。
三、優劣勢分析
1.優勢
(1)能量比較高。具有較高的儲能密度,達到了460-600Wh/kg,約為鉛酸電池的6-7倍。
(2)使用壽命長,可達6年以上。以磷酸亞鐵鋰為正極的電池,在1C(100%DOD)充放電過,有記錄可使用10000次;
(3)額定電壓高(單次工作電壓為3.7V或3.2V),約等於三節鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓,便於組成電池動力包;鋰電池的電壓可以通過鋰電池調壓器新技術調節到3.0V,適合小家電使用。
(4)動力續航能力強,其中電動車用磷酸鐵鋰鋰離子電池可達到15-30C的充放電容量,便於高強度啟動加速;
(5)自放電率很低,這是電池最突出的優點之壹,壹般可在1%/月以下,小於鎳氫電池的1/20;
(6)重量輕,約為同等體積下鉛酸產品重量的1/6-1/5;
(7)高低溫適應性強,可在-20℃ - 60℃的環境中使用,經工藝處理後可在-45℃的環境中使用;
(8)環保,無論生產、使用還是報廢,都不含也不產生任何有毒有害的重金屬元素和鉛、汞、鎘等物質。
(9)生產基本不耗水,這對缺水的中國非常有利。
比能是指單位重量或單位體積的能量。比能用Wh/kg或wh/l表示,Wh是能量的單位,w是瓦特,h是小時;Kg是千克(重量單位),L是升(體積單位)。
2.不足之處
1.所有的鋰原電池安全性都很差,有爆炸的危險。
2.鈷酸鋰鋰離子電池不能大電流放電,價格昂貴,安全性差。
3.鋰離子電池需要保護電路,防止電池過度充電和放電。
4.生產要求高,成本高。
5.使用條件有限,高低溫使用都有危險。