鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生。

鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生。

鋰電池 - 鋰電池

鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生。

由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(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。

為了開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對(duì)各種材料進(jìn)行了研究。從而制造出前所未有的產(chǎn)品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點(diǎn)。它們的正極活性物質(zhì)同時(shí)也是電解液的溶劑。這種結(jié)構(gòu)只有在非水溶液的電化學(xué)體系才會(huì)出現(xiàn)。所以，鋰電池的研究，也促進(jìn)了非水體系電化學(xué)理論的發(fā)展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進(jìn)行了聚合物薄膜電池的研究。

1992年Sony成功開(kāi)發(fā)鋰離子電池。它的實(shí)用化，使人們的移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備重量和體積大大減小。使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。由于鋰離子電池中不含有重金屬鉻，與鎳鉻電池相比，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。

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)用于軍事和民用小型電器中，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?，并將在人造衛(wèi)星、航空航天和儲(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(lithium ion battery, 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(polymer lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為PLIB)屬于固態(tài)鋰離子電池中的一種。

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?？梢赃x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?；谝陨蟽?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。