鋰電池的詳細(xì)介紹

1、鋰離子電池
鋰離子電池目前由液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(pLB)兩類(lèi)。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2或LiMn2O4，負(fù)極采用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)，是21世紀(jì)發(fā)展的理想能源。
2、鋰離子電池發(fā)展簡(jiǎn)史
鋰電池和鋰離子電池是20世紀(jì)開(kāi)發(fā)成功的新型高能電池。這種電池的負(fù)極是金屬鋰，正極用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代進(jìn)入實(shí)用化。因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于特種和民用小型電器中，如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等、部分代替了傳統(tǒng)電池。
3、鋰離子電池發(fā)展前景
鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢(shì)已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開(kāi)發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車(chē)中開(kāi)始試用，預(yù)計(jì)將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車(chē)的主要?jiǎng)恿﹄娫粗唬⒃谌嗽煨l(wèi)星、特種航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。
4、電池的基本性能
(1)電池的開(kāi)路電壓
(2)電池的內(nèi)阻
(3)電池的工作電壓
(4)充電電壓
充電電壓是指二次電池在充電時(shí)，外電源加在電池兩端的電壓。充電的基本方法有恒電流充電和恒電壓充電。一般采用恒電流充電，其特點(diǎn)時(shí)在充電過(guò)程中充電電流恒定不變。隨著充電的進(jìn)行，活性物質(zhì)被恢復(fù)，電極反應(yīng)面積不斷縮小，電機(jī)的極化逐漸增高。
(5)電池容量
電池容量是指從電池獲得電量的量，常用C表示，單位常用Ah或mAh表示。容量是電池電性能的重要指標(biāo)。電池的容量通常分為理論容量、實(shí)際容量和額定容量。
電池容量由電極的容量決定，若電極的容量不等，電池的容量取決于容量小的那個(gè)電極，但決不是正負(fù)極容量之和。
(6)電池的貯存性能和壽命
化學(xué)電源的主要特點(diǎn)之一是在使用時(shí)能夠放出電能，不用時(shí)能貯存電能。所謂貯存性能對(duì)于二次電池來(lái)說(shuō)為充電保持能力。
對(duì)于二次電池，使用壽命時(shí)衡量電池性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)。二次電池經(jīng)過(guò)一次充電和放電，稱(chēng)為一個(gè)周期（或已此循環(huán)）。在一定的充放電制度下，電池容量達(dá)到某一規(guī)定值之前電池能經(jīng)受的充放電次數(shù)稱(chēng)為二次電池的使用周期。鋰離子電池具有優(yōu)良的貯存性能和長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

鋰電池-特征
A.高能量密度
鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的40-50%，鎳氫的20-30%。
B.高電壓
一個(gè)鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值)，相當(dāng)于三個(gè)串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。
C.無(wú)污染
鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類(lèi)的有害金屬物質(zhì)。
D.不含金屬鋰
鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機(jī)運(yùn)輸關(guān)于禁止在客機(jī)攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。
E.循環(huán)壽命高
在正常條件下，鋰離子電池的充放電周期可超過(guò)500次。
F.無(wú)記憶效應(yīng)
記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過(guò)程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。
G.快速充電
使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器可以使鋰離子電池在一至兩個(gè)小時(shí)內(nèi)得到滿(mǎn)充。

鋰電池-鋰電池原理和結(jié)構(gòu)
1、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理：所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱(chēng)為“搖椅式電池”，俗稱(chēng)“鋰電”。以LiCoO2為例：⑴電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFepO4。⑵為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxpyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

2、電池一般包括：正極（posiTIve）、負(fù)極（negaTIve）、電解質(zhì)（electrolyte）、隔膜（separator）、正極引線（posiTIvelead）、負(fù)極引線（negaTIveplate）、中心端子、絕緣材料（insulator）、安全閥（safetyvent）、密封圈（gasket）、pTC（正溫度控制端子）、電池殼。一般大家較關(guān)心正極、負(fù)極、電解質(zhì)。

鋰電池-離子電池結(jié)構(gòu)比較
按正極材料不同分為鐵鋰、鈷鋰、錳鋰等；

從外形分類(lèi)一般分圓柱形和方形，而聚合物鋰離子還可制成任意形狀；

根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IB)和固態(tài)鋰離子電池兩大類(lèi)，聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡(jiǎn)稱(chēng)為pLIB)屬于固態(tài)鋰離子電池中的一種。

電解質(zhì)殼體/包裝隔膜集流體
液態(tài)鋰離子電池液態(tài)不銹鋼、鋁25μpE銅箔和鋁箔
聚合物鋰離子電池膠體聚合物鋁/pp復(fù)合膜沒(méi)有隔膜或個(gè)μpE銅箔和鋁箔

鋰電池-鋰離子電池的性能
１、高能量密度

與同等容量的ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ電池相比，鋰離子電池的重量輕，其體積比能量是這兩類(lèi)電池的１.５～２倍。

２、高電壓

鋰離子電池使用高電負(fù)性的含元素鋰電極，使其端電壓高達(dá)３.７Ｖ，這一電壓是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ電池電壓的３倍。

３、無(wú)污染，環(huán)保型

４、循環(huán)壽命長(zhǎng)

壽命超過(guò)５００次

５、高負(fù)載能力

鋰離子電池可以大電流連續(xù)放電，從而使這種電池可被應(yīng)用于攝象機(jī)、手提電腦等大功率用電器上。

６、優(yōu)良的安全性

由于使用優(yōu)良的負(fù)極材料，克服了電池充電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)問(wèn)題，使得鋰離子電池的安全性大大提高。同時(shí)采用特殊的可恢復(fù)配件，保證了電池在使用過(guò)程中的安全性。

鋰電池-應(yīng)用
隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。

最早得以應(yīng)用于心臟起搏器中。由于鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得起搏器植入人體長(zhǎng)期使用成為可能。

鋰電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱(chēng)電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計(jì)算機(jī)，計(jì)算器，照相機(jī)、手表中。

應(yīng)用舉例
1、作電池組維修代換品有許多電池組：如筆記本電腦上用的那種，經(jīng)維修發(fā)現(xiàn)，此電池組損壞時(shí)僅是個(gè)別電池有問(wèn)題。可以選用合適的單節(jié)鋰電池進(jìn)行更換。

2、制作高亮微型電筒筆者曾用單節(jié)3.6V1.6AH鋰電池配合一個(gè)白色超高亮度發(fā)光管做成一只微型電筒，使用方便，小巧美觀。而且由于電池容量大，平均每晚使用半小時(shí)，至今已用兩個(gè)多月仍無(wú)需充電。

3、代替3V電源
由于單節(jié)鋰電池電壓為3.6V。因此僅需一節(jié)鋰電池便可代替兩節(jié)普通電池，給收音機(jī)、隨身聽(tīng)、照相機(jī)等小家電產(chǎn)品供電，不僅重量輕，而且連續(xù)使用時(shí)間長(zhǎng)。

鋰電池-工藝
保護(hù)電路
由兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和專(zhuān)用保護(hù)集成塊S--8232組成，過(guò)充電控制管FET2和過(guò)放電控制管FET1串聯(lián)于電路，由保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓并進(jìn)行控制，當(dāng)電池電壓上升至4.2V時(shí)，過(guò)充電保護(hù)管FET1截止，停止充電。為防止誤動(dòng)作，一般在外電路加有延時(shí)電容。當(dāng)電池處于放電狀態(tài)下，電池電壓降至2.55V時(shí)，過(guò)放電控制管FET1截止，停止向負(fù)載供電。過(guò)電流保護(hù)是在當(dāng)負(fù)載上有較大電流流過(guò)時(shí)，控制FET1使其截止，停止向負(fù)載放電，目的是為了保護(hù)電池和場(chǎng)效應(yīng)管。過(guò)電流檢測(cè)是利用場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻作為檢測(cè)電阻，監(jiān)視它的電壓降，當(dāng)電壓降超過(guò)設(shè)定值時(shí)就停止放電。在電路中一般還加有延時(shí)電路，以區(qū)分浪涌電流和短路電流。該電路功能完善，性能可靠，但專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，且專(zhuān)用集成塊不易購(gòu)買(mǎi)，業(yè)余愛(ài)好者不易仿制。

充電電路
現(xiàn)在有不少商家出售不帶充電板的單節(jié)鋰電池。其性能優(yōu)越，價(jià)格低廉，可用于自制產(chǎn)品及鋰電池組的維修代換，因而深受廣大電子愛(ài)好者喜愛(ài)。有興趣的讀者可參照?qǐng)D二制作一塊充電板。其原理是：采用恒定電壓給電池充電，確保不會(huì)過(guò)充。輸入直流電壓高于所充電池電壓3伏即可。R1、Q1、W1、TL431組成精密可調(diào)穩(wěn)壓電路，Q2、W2、R2構(gòu)成可調(diào)恒流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿(mǎn)后R4上的壓降將降低，從而使Q3截止，LED將熄滅，為保證電池能夠充足，請(qǐng)?jiān)谥甘緹粝绾罄^續(xù)充1—2小時(shí)。使用時(shí)請(qǐng)給Q2、Q3裝上合適的散熱器。本電路的優(yōu)點(diǎn)是：制作簡(jiǎn)單，元器件易購(gòu)，充電安全，顯示直觀，并且不會(huì)損壞電池．通過(guò)改變W1可以對(duì)多節(jié)串聯(lián)鋰電池充電，改變W２可以對(duì)充電電流進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是：無(wú)過(guò)放電控制電路。

鋰電池-總結(jié)
由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會(huì)象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高。基于以上優(yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。

鋰離子電池內(nèi)部成螺旋型結(jié)構(gòu)，正極與負(fù)極之間由一層具有許多細(xì)微小孔的薄膜紙隔開(kāi)。鋰離子電池的正極采用鈷酸鋰，正極集流體是鋁箔；負(fù)極采用碳，負(fù)極集流體是銅箔，鋰離子電池的電解液是溶解了LipF6的有機(jī)體。鋰離子電池蓋帽上有防爆孔，在內(nèi)部壓力過(guò)大的情況下，防爆孔會(huì)自動(dòng)打開(kāi)泄壓，以防止出現(xiàn)爆炸的現(xiàn)象。