鉅大LARGE | 點擊量：1003次 | 2022年08月05日
鋰電池的起源和原理
“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。
鋰金屬電池：
鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。
鋰電池基本原理
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%
鋰電池基本原理
放電反應：Li+MnO2=LiMnO2
鋰離子電池：
鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。
充電正極上發生的反應為
LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)
充電負極上發生的反應為
6C+XLi++Xe-=LixC6
充電電池總反應：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6
正極
正極材料：可選的正極材料很多，主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照：
LiCoO2
3.7V
140mAh/g
Li2Mn2O4
4.0V
100mAh/g
LiFePO4
3.3V
100mAh/g
Li2FePO4F
3.6V
115mAh/g
正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。充電時：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放電時：Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4。
負極
負極材料：多采用石墨。新的研究發現鈦酸鹽可能是更好的材料。
負極反應：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。
充電時：xLi++xe-+6C→LixC6
放電時：LixC6→xLi++xe-+6C
鋰電池最早期應用在心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩等優點，使得植入人體的起搏器能夠長期運作而不用重新充電。鋰電池一般有高于3.0伏的標稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計算器，數碼相機、手表中。
為了開發出性能更優異的品種，人們對各種材料進行了研究，從而制造出前所未有的產品。
1992年Sony成功開發鋰離子電池。它的實用化，使人們的移動電話、筆記本、計算器等攜帶型電子設備的重量和體積大大減小。
1、1970年代埃克森的M.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。
2、1980年，J.Goodenough發現鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
3、1982年伊利諾伊理工大學(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現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。
4、1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料，具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
5、1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發現采用聚合陰離子的正極將產生更高的電壓。
6、1991年索尼公司發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品的面貌。
7、1996年Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵(LiFePO4)，比傳統的正極材料更具優越性，因此已成為當前主流的正極材料。
隨著數碼產品如手機、筆記本電腦等產品的廣泛使用，鋰離子電池以優異的性能在這類產品中得到廣泛應用，并在逐步向其他產品應用領域發展。1998年，天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。習慣上，人們把鋰離子電池也稱為鋰電池，但這兩種電池是不一樣的。鋰離子電池已經成為了主流。
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