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離子電池
閱讀�4628�(shí)間:2017-10-20 10:32:23

    離子電池又叫鋰離子電�鋰離子電�(Li-ion Batteries)�鋰電��(fā)展而來�

簡介

    所以在介紹Li-ion之前,先介紹鋰電�。舉例來�,以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電�。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,�(fù)極是�。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電.這種電池也可能充�,但循�(huán)性能不好,在充放電循環(huán)過程�,容易形成鋰枝�,造成電池�(nèi)部短�,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。后�,日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極,在充放電過程中,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。當(dāng)�(duì)電池�(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生�,生成的鋰離子經(jīng)過電解液�(yùn)�(dòng)到負(fù)�。而作為負(fù)極的碳呈層狀�(jié)�(gòu),它有很多微孔,�(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔�,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。同樣,�(dāng)�(duì)電池�(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過程�,嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出� 又運(yùn)�(dòng)回正�?;卣龢O的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過程�,鋰離子處于從正極→�(fù)極→正極的運(yùn)�(dòng)狀�(tài)。Li-ion Batteries就像一把搖�,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象�(yùn)�(dòng)員一樣在搖椅來回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫搖椅式電��

鋰電池組成部�

    鋼殼/鋁殼系列�
    �1)電池上下蓋
    �2)正極——活性物�(zhì)一般為氧化鋰鈷
    �3)隔膜——一種特殊的�(fù)合膜
    �4)負(fù)極——活性物�(zhì)為碳
    �5)有�(jī)電解�
    �6)電池殼(分為鋼殼和鋁殼兩種�
    軟包裝系�
    �1)正極——活性物�(zhì)一般為氧化鋰鈷
    �2)隔膜——PP或者PE�(fù)合膜
    �3)負(fù)極——活性物�(zhì)為碳
    �4)有�(jī)電解�
    �5)電池殼——鋁塑復(fù)合膜
    原理解構(gòu)
    鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電�。目前手�(jī)和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池,通常人們俗稱其為鋰電池。目前手�(jī)等使用的鋰離子電�,而真正的鋰電池由于危�(xiǎn)性大,沒有應(yīng)用于日常電子�(chǎn)品�
    鋰離子電池以碳素材料為負(fù)�,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存�,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中,同�(shí)伴隨著與鋰離子等�(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(�(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負(fù)極用插入或脫插表示)。在充放電過程中,鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌�/脫嵌和插�/脫插,被形象地稱為“搖椅電池��
    鋰離子電池能量密度大,平均輸出電壓高。自放電�,每月在10%以下。沒有記憶效�(yīng)。工作溫度范圍寬�-20℃~60℃。循�(huán)性能�(yōu)�、可快速充放電、充電效率高�(dá)100%,而且輸出功率�。使用壽命長。沒有環(huán)境污�,被稱為綠色電池�
    充電是電池重�(fù)使用的重要步驟,鋰離子電池的充電過程分為兩�(gè)階段:恒流快充階段(指示燈呈紅色或黃色)和恒壓電流遞減階段(指示燈呈綠色�。恒流快充階�,電池電壓逐步升高到電池的�(biāo)�(zhǔn)電壓,隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階�,電壓不再升高以確保不會(huì)過充,電流則隨著電池電量的上升逐步減弱�0,而最終完成充�。電量統(tǒng)�(jì)芯片通過記錄放電曲線可以抽樣�(jì)算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用后,放電曲線會(huì)�(fā)生改�,鋰離子電池雖然不存在記憶效�(yīng),但是充電不�(dāng)�(huì)�(yán)重影響電池性能�
    鋰離子電池過度充放電�(huì)�(duì)正負(fù)極造成性損壞。過度放電導(dǎo)致負(fù)極碳片層�(jié)�(gòu)出現(xiàn)塌陷,而塌陷會(huì)造成充電過程中鋰離子無法插入;過度充電使過多的鋰離子嵌入�(fù)極碳�(jié)�(gòu),而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來�
    充電量等于充電電流乘以充電時(shí)�,在充電控制電壓一定的情況下,充電電流越大(充電速度越快�,充電電量越小。電池充電速度過快和終止電壓控制點(diǎn)不當(dāng),同樣會(huì)造成電池容量不足,實(shí)際是電池的部分電極活性物�(zhì)沒有得到充分反應(yīng)就停止充�,這種充電不足的現(xiàn)象隨著循�(huán)次數(shù)的增加而加��
    種類
    不可充電的鋰電池有多種,目前常用的有鋰-二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電��
    鋰-二氧化錳電池(Li?MnO2)
    鋰-二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極,并采用有�(jī)電解液的一次性電�。該電池的主要特�(diǎn)是電池電壓高,額定電壓為3V(是一般堿性電池的2�);終止放電電壓為2V;比能量�(見上面舉的例�);放電電壓穩(wěn)定可靠;有較好的�(chǔ)存性能(�(chǔ)存時(shí)�3年以�)、自放電率低(年自放電率≤2%);工作溫度范圍-20℃~+60℃�
    該電池可以做成不同的外形以滿足不同要�,它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式)�
    可充電鋰離子電池
    可充電鋰離子電池是目前手�(jī)中應(yīng)用最廣泛的電�,但它較為“嬌氣�,在使用中不可過充、過�(�(huì)損壞電池或使之報(bào)�)。因�,在電池上有保護(hù)元器件或保護(hù)電路以防止昂貴的電池?fù)p�� 鋰離子電池充電要求很高,要保證終止電壓精度在1%之內(nèi),目前各大半�(dǎo)體器件廠已開�(fā)出多種鋰離子電池充電的IC,以保證安全、可�、快速地充電�
    �(xiàn)在手�(jī)已十分普�,手�(jī)中一部分是鎳氫電�,但靈巧型的手機(jī)則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對(duì)延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的鋰電�,它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方�、圓柱形、長方形及扣�,并且有由幾�(gè)電池串聯(lián)在一起組成的電池�� 鋰離子電池的額定電壓�3.6V(有的�(chǎn)品為3.7V)。充滿電�(shí)的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān):陽極材料為石墨�4.2V;陽極材料為焦炭�4.1V。不同陽極材料的�(nèi)阻也不同,焦炭陽極的�(nèi)阻略�,其放電曲線也略有差�,如�1所�。一般稱�4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電�?,F(xiàn)在使用的大部分是4.2V�,鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V�2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓,各參數(shù)略有不同)。低于終止放電電壓繼�(xù)放電稱為過放,過放對(duì)電池�(huì)有損害�
    鋰離子電池不適合用作大電流放�,過大電流放電時(shí)�(huì)降低放電�(shí)�(�(nèi)部會(huì)�(chǎn)生較高的溫度而損耗能�)。因此電池生�(chǎn)工廠給出放電電流,在使用中應(yīng)小于放電電流� 鋰離子電池對(duì)溫度有一定要求,工廠給出了充電溫度范�、放電溫度范圍及保存溫度范圍� 鋰離子電池對(duì)充電的要求是很高�,它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如:�4.2V的鋰離子電池,其允差為�0.042V),過壓充電會(huì)造成鋰離子電池性損�。鋰離子電池充電電流�(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議,并要求有限流電路以免發(fā)生過�(過熱)。一般常用的充電率為0.25C�1C(C是電池的容量,如C=800mAh�1C充電率即充電電流�800mA�。在大電流充電時(shí)往往要檢�(cè)電池溫度,以防止過熱損壞電池或產(chǎn)生爆��
    鋰離子電池充電分為兩�(gè)階段:先恒流充電,到接近終止電壓�(shí)改為恒壓充電,其充電特性如�2所�。這是一�800mAh容量的電池,其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電,開始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓,當(dāng)電池電壓接近4.2V�(shí),改�4.2V恒壓充電,電流漸�,電壓變化不�,到充電電流降為1/10C(�80mA)�(shí),認(rèn)為接近充�,可以終止充�(有的充電器到1/10C后啟�(dòng)定時(shí)器,過一定時(shí)間后�(jié)束充�)� 鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流�(shí),會(huì)造成電池的損壞或降低使用壽命�
    充電
    次充�,如果時(shí)間能較長,那么可以使電極盡可能多的達(dá)到氧化態(tài),如此能增長電池使用壽命�
    鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn)
    鋰離子電池具有以下優(yōu)�(diǎn)�
    1� 電壓�,單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.9V,是Ni-Cd、Ni-H電池�3�
    2� 比能量大,目前能�(dá)到的�(shí)際比能量�100-125Wh/kg�240-300Wh/L�2倍于Ni-Cd�1.5倍于Ni-MH�,未來隨著技�(shù)�(fā)�,比能量可高達(dá)150Wh/kg�400 Wh/L
    3� 循環(huán)壽命�,一般均可達(dá)�500次以�,甚至1000次以�.�(duì)于小電流放電的電�,電池的使用期� 將倍增電器的競(jìng)�(zhēng)�.
    4� 安全性能�,無公�,無記憶效�(yīng).作為Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短�,縮減了其�(yīng)用領(lǐng)域:Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)�(huán)境有污染的元素:部分工藝(如燒結(jié)式)的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效�(yīng)�,嚴(yán)重束縛電池的使用,但Li-ion根本不存在這方面的問題�
    5� 自放電小,室溫下充滿電的Li-ion�(chǔ)�1�(gè)月后的自放電率為10%左右,大大低于Ni-Cd�25-30%,Ni、MH�30-35%�
    6) 可快速充放電�1C充電是容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上�
    7) 工作溫度范圍高,工作溫度�-25~45°C,隨著電解質(zhì)和正極的改�(jìn),期望能�(kuò)寬到-40~70°C�
    鋰離子電池也存在著一定的缺點(diǎn),如�
    1� 電池成本較高。主要表�(xiàn)在正極材料LiCoO2的價(jià)格高(Co的資源較少),電解質(zhì)體系提純困難�
    2� 不能大電流放�。由于有�(jī)電解�(zhì)體系等原�,電池內(nèi)阻相�(duì)其他類電池大。故要求較小的放電電流密�,一般放電電流在0.5C以下,只適合于中小電流的電器使用�
    3� 需要保�(hù)線路控制�
    A� 過充保護(hù):電池過充將破壞正極�(jié)�(gòu)而影響性能和壽�;同�(shí)過充電使電解液分解,�(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題;故必須�4.1V-4.2V的恒壓下充電�
    B� 過放保護(hù):過放會(huì)�(dǎo)致活性物�(zhì)的恢�(fù)困難,故也需要有保護(hù)線路控制�
    摘要:綜述了鋰離子電池的�(fā)展趨�(shì),簡述了鋰離子電池的充放電機(jī)理理論研究狀�,總�(jié)歸納了作為核心技�(shù)的鋰電池正負(fù)電極材料的現(xiàn)有的制備理論和近來發(fā)展動(dòng)�(tài),評(píng)述了正極材料和負(fù)極材料的各種制備方法和發(fā)展前�,重�(diǎn)介紹了目前該�(lǐng)域的問題和改�(jìn)�(fā)展情況�
    材料
    電子信息�(shí)代使�(duì)移動(dòng)電源的需求快速增�。由于鋰離子電池具有高電壓、高容量的重要優(yōu)�(diǎn),且循環(huán)壽命�、安全性能好,使其在便攜式電子�(shè)�、電�(dòng)汽車、空間技�(shù)、國防工�(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景,成為近幾年廣為關(guān)注的研究熱點(diǎn)。鋰離子電池的機(jī)理一般性分析認(rèn)�,鋰離子電池作為一種化�(xué)電源,指分別用兩�(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。當(dāng)電池充電�(shí),鋰離子從正極中脫嵌,在�(fù)極中嵌入,放電時(shí)反之。鋰離子電池是物理學(xué)、材料科�(xué)和化�(xué)等學(xué)科研究的�(jié)�。鋰離子電池所涉及的物理機(jī)�,目前是以固體物理中嵌入物理來解釋�,嵌入(intercalation)是指可移動(dòng)的客體粒子(分子、原�、離子)可逆地嵌入到具有合適尺寸的主體晶格中的�(wǎng)�(luò)空格�(diǎn)上。電子輸�(yùn)鋰離子電池的正極和負(fù)極材料都是離子和電子的混合導(dǎo)體嵌入化合物。電子只能在正極和負(fù)極材料中�(yùn)�(dòng)。已知的嵌入化合物種類繁多,客體粒子可以是分�、原子或離子.在嵌入離子的同�(shí),要求由主體�(jié)�(gòu)作電荷補(bǔ)�,以維持電中�。電荷補(bǔ)償可以由主體材料能帶�(jié)�(gòu)的改變來�(shí)�(xiàn),電�(dǎo)率在嵌入前后�(huì)有變化。鋰離子電池電極材料可穩(wěn)定存在于空氣中與其這一特性息息相�(guān)。嵌入化合物只有滿足�(jié)�(gòu)改變可逆并能以�(jié)�(gòu)彌補(bǔ)電荷變化才能作為鋰離子電池電極材��
    控制鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料——電池中正負(fù)極活性材料是這一技�(shù)的關(guān)鍵,這是國內(nèi)外研究人員的共識(shí)�
    1 正極材料的性能和一般制備方�
    正極中表征離子輸�(yùn)性質(zhì)的重要參�(shù)是化�(xué)�(kuò)散系�(shù),通常情況�,正極活性物�(zhì)中鋰離子的擴(kuò)散系�(shù)都比較低。鋰嵌入到正極材料或從正�(jí)材料中脫嵌,伴隨著晶相變�。因�,鋰離子電池的電極膜都要求很薄,一般為幾十微米的數(shù)量級(jí)。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時(shí)�(chǔ)存容�。為了獲得較高的單體電池電壓,傾向于選擇高電�(shì)的嵌鋰化合物。正極材料應(yīng)滿足�
    1)在所要求的充放電電位范圍�(nèi),具有與電解�(zhì)溶液的電化學(xué)相容��
    2)溫和的電極過程�(dòng)力學(xué)�
    3)高度可逆��
    4)全鋰化狀�(tài)下在空氣中的�(wěn)定��
    研究的熱�(diǎn)主要集中在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4�(jié)�(gòu)的化合物及復(fù)合兩種M(M為Co,Ni,Mn,V等過渡金屬離子)的類似電極材料上。作為鋰離子電池的正極材�,Li+離子的脫嵌與嵌入過程中結(jié)�(gòu)變化的程度和可逆性決定了電池的穩(wěn)定重�(fù)充放電�。正極材料制備中,其原料性能和合成工藝條件都�(huì)�(duì)最終結(jié)�(gòu)�(chǎn)生影�。多種有前途的正極材料,都存在使用循環(huán)過程中電容量衰減的情況,這是研究中的首要問題。已商品化的正極材料有Li1-xCoO2�0<x<0�8�,Li1-xNiO2�0<x<0�8),LiMnO2。它們作為鋰離子電池正極材料各有�(yōu)�。鋰鈷氧為正極的鋰離子電池具有開路電壓高,比能量�,循�(huán)壽命長,能快速充放電等優(yōu)�(diǎn),但安全性差;鋰鎳氧較鋰鈷氧�(jià)格低�,性能與鋰鈷氧相當(dāng),具有較的嵌鋰性能,但制備困難;而鋰錳氧�(jià)格更為低�,制備相�(duì)容易,而且其耐過充安全性能�,但其嵌鋰容量低,并且充放電�(shí)尖晶石結(jié)�(gòu)不穩(wěn)�。從�(yīng)用前景來看,尋求資源豐富、價(jià)�、無公害,還有在過充電時(shí)�(duì)電壓控制和電路保�(hù)的要求較低等�(yōu)�(diǎn)�,高性能的正極材料將是鋰離子電池正極材料研究的重�(diǎn)。國外有�(bào)道LiVO2亦能形成層狀化合物,可作為正極電極材�。從這些�(bào)道看出,雖然電極材料化學(xué)組成相同,但制備工藝�(fā)生變化后,其性能改變較多。成功的商品化電極材料在制備工藝上都有其�(dú)到之�,這是國內(nèi)目前研究的差距所在。各種制備方法優(yōu)缺點(diǎn)列舉如下�
    1)固相法一般選用碳酸鋰等鋰鹽和鈷化合物或鎳化合物研磨混合后,�(jìn)行燒�(jié)反應(yīng)。此方法�(yōu)�(diǎn)是工藝流程簡�,原料易得,屬于鋰離子電池發(fā)展初期被廣泛研究開發(fā)生產(chǎn)的方�,國外技�(shù)較成熟;缺點(diǎn)是所制得正極材料電容量有�,原料混合均勻性差,制備材料的性能�(wěn)定性不�,批次與批次之間�(zhì)量一致性差�
    2)絡(luò)合物法用有機(jī)�(luò)合物先制備含鋰離子和鈷或釩離子的�(luò)合物前驅(qū)�,再燒結(jié)制備。該方法的優(yōu)�(diǎn)是分子規(guī)?;旌希牧暇鶆蛐院托阅芊�(wěn)定性好,正極材料電容量比固相法高,國外已試�(yàn)用作鋰離子電池的工業(yè)化方�,技�(shù)并未成熟,國�(nèi)目前還鮮有報(bào)��
    3)溶膠凝膠法利用上世紀(jì)70年代�(fā)展起
    來的制備超微粒子的方法,制備正極材料,該方法具備了絡(luò)合物法的�(yōu)�(diǎn),而且制備出的電極材料電容量有較大的提高,屬于正在國內(nèi)外迅速發(fā)展的一種方�。缺�(diǎn)是成本較�,技�(shù)還屬于開�(fā)階段�
    4)離子交換法Armstrong等用離子交換法制備的LiMnO2,獲得了可逆放電容量達(dá)270mA·h/g高�,此方法成為研究的新熱點(diǎn),它具有所制電極性能�(wěn)�,電容量高的特點(diǎn)。但過程涉及溶液重結(jié)晶蒸�(fā)等費(fèi)能費(fèi)�(shí)步驟,距離實(shí)用化還有相當(dāng)距離�
    正極材料的研究從國外文獻(xiàn)可看�,其電容量以每�30�50mA·h/g的速度在增�,發(fā)展趨向于微結(jié)�(gòu)尺度越來越小,而電容量越來越大的嵌鋰化合物,原材料尺度向納米級(jí)挺�(jìn),關(guān)于嵌鋰化合物�(jié)�(gòu)的理論研究已取得一定�(jìn)�,但其發(fā)展理論還在不斷變化中。困擾這一�(lǐng)域的鋰電池電容量提高和循�(huán)容量衰減的問�,已有研究者提出添加其它組分來克服的方法。但就目前而言,這些方法的理論機(jī)理并未研究清楚,�(dǎo)致日本學(xué)者Yoshio.Nishi�(rèn)�,過去十年以來在這一�(lǐng)�?qū)嵸|(zhì)�(jìn)展不�,急須�(jìn)一步地研究�
    2 �(fù)極材料的性能和一般制備方�
    �(fù)極材料的電導(dǎo)率一般都較高,則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰的化合�,如各種碳材料和金屬氧化�??赡娴厍度朊撉朵囯x子的�(fù)極材料要求具有:
    1)在鋰離子的嵌入反應(yīng)中自由能變化??�
    2)鋰離子在負(fù)極的固態(tài)�(jié)�(gòu)中有高的�(kuò)散率�
    3)高度可逆的嵌入反應(yīng)�
    4)有良好的電�(dǎo)率;
    5)熱力學(xué)上穩(wěn)�,同�(shí)與電解質(zhì)不發(fā)生反�(yīng)�
    研究工作主要集中在碳材料和具有特殊結(jié)�(gòu)的其它金屬氧化物。石�、軟�、中相碳微球已在國內(nèi)有開�(fā)和研�,硬碳、碳納米�、巴基球C60等多種碳材料正在被研究中。日本Honda Researchand Development Co�,Ltd的K.Sato等人利用聚對(duì)苯撐乙烯(Polyparaphenylene——PPP)的熱解�(chǎn)物PPP�700(以一定的加熱速度加熱PPP�700℃,并保溫一定時(shí)間得到的熱解�(chǎn)物)作為�(fù)�,可逆容量高�(dá)680mA·h/g。美國MIT的MJMatthews�(bào)道PPP�700�(chǔ)鋰容量(Storagecapacity)可�(dá)1170mA·h/g。若�(chǔ)鋰容量為1170mA·h/g,隨著鋰嵌入量的增加,�(jìn)而提高鋰離子電池性能,筆者認(rèn)為今后研究將集中于更小的納米尺度的嵌鋰微�(jié)�(gòu)。幾乎與研究碳負(fù)極同�(shí),尋找電位與Li+/Li電位相近的其他負(fù)極材料的工作一直受到重�。鋰離子電池中所用碳材料尚存在兩方面的問題:
    1)電壓滯�,即鋰的嵌入反應(yīng)�0�0�25V之間�(jìn)行(相對(duì)于Li+/Li)而脫嵌反�(yīng)則在1V左右�(fā)��
    2)循�(huán)容量逐漸下降,一般經(jīng)�12�20次循�(huán)�,容量降�400�500mA·h/g�
    理論上的�(jìn)一步深化還有賴于各種高純度、結(jié)�(gòu)�(guī)整的原料及碳材料的制備和更為有效的結(jié)�(gòu)表征方法的建�。日本富士公司開�(fā)出了鋰離子電池新型錫�(fù)合氧化物基負(fù)極材�,除此之外,已有的研究主要集中于一些金屬氧化物,其�(zhì)量比能量較碳�(fù)極材料大大提高。如SnO2,WO2,MoO2,VO2,TiO2,LixFe2O3,Li4Ti5O12,Li4Mn5O12�,但不如碳電極成�。鋰在碳材料中的可逆高�(chǔ)存機(jī)理主要有鋰分子Li2形成�(jī)理、多層鋰�(jī)�、晶格點(diǎn)陣機(jī)�、彈性球-彈性網(wǎng)模型、層-邊端-表面�(chǔ)鋰機(jī)�、納米級(jí)石墨�(chǔ)鋰機(jī)�、碳-鋰-氫�(jī)理和微孔�(chǔ)鋰機(jī)理。石�,作為碳材料中的一�,早就被�(fā)�(xiàn)它能與鋰形成石墨嵌入化合物(Graphite Intercalation Compounds)LiC6,但這些理論還處于發(fā)展階�。負(fù)極材料要克服的困難也是一�(gè)容量循環(huán)衰減的問題,但從文獻(xiàn)可知,制備高純度和規(guī)整的微結(jié)�(gòu)碳負(fù)極材料是�(fā)展的一�(gè)方向�
    一般制備負(fù)極材料的方法可綜述如��
    1)在一定高溫下加熱軟碳得到高度石墨化的�;嵌鋰石墨離子型化合物分子式為LiC6,其中的鋰離子在石墨中嵌入和脫嵌過程�(dòng)�(tài)變化,石墨結(jié)�(gòu)與電化學(xué)性能的關(guān)�,不可逆電容量損失原因和提高方法等問題,都得到眾多研究者的探討�
    2)將具有特殊�(jié)�(gòu)的交�(lián)樹脂在高溫下分解得到的硬�,可逆電容量比石墨碳高,其結(jié)�(gòu)受原料影響較�,但一般文�(xiàn)�(rèn)為這些碳結(jié)�(gòu)中的納米微孔�(duì)其嵌鋰容量有較大影響,對(duì)其研究主要集中于利用特殊分子�(jié)�(gòu)的高聚物來制備含更多納米�(jí)微孔的硬碳�
    3)高�?zé)岱纸庥袡C(jī)物和高聚物制備的含氫�。這類材料具有600�900mA·h/g的可逆電容量,因而受到關(guān)�,但其電壓滯后和循環(huán)容量下降的問題是其應(yīng)用障�。對(duì)其制備方法的改�(jìn)和理論機(jī)理解釋將是研究的重點(diǎn)�
    4)各種金屬氧化物其機(jī)理與正極材料類似�
    也受到研究者的注意,研究方向主要是獲取新型�(jié)�(gòu)或復(fù)合結(jié)�(gòu)的金屬氧化物�
    5)作為一種嵌鋰材�,碳納米管、巴基球C60等也是當(dāng)前研究的一�(gè)新熱�(diǎn),成為納米材料研究的一�(gè)分支。碳納米�、巴基球C60的特殊結(jié)�(gòu)使其成為高電容量嵌鋰材料的選擇。從理論上說,納米結(jié)�(gòu)可提供的嵌鋰容量�(huì)比目前已有的各種材料要高,其微觀�(jié)�(gòu)已被廣泛研究并取得了很大�(jìn)�,但如何制備適當(dāng)堆積方式以獲得優(yōu)異性能的電極材�,這應(yīng)是研究的一�(gè)重要方向�
    3 �(jié)�
    綜上所�,近年來鋰離子電池中正負(fù)極活性材料的研究和開�(fā)�(yīng)�,在國際上相�(dāng)活躍,并已取得很大�(jìn)�。材料的晶體�(jié)�(gòu)�(guī)整,充放電過程中�(jié)�(gòu)不發(fā)生不可逆變化是獲得比容量高,循�(huán)壽命長的鋰離子電池的�(guān)�。然�,對(duì)嵌鋰材料的結(jié)�(gòu)與性能的研究仍是該�(lǐng)域目前最薄弱的環(huán)節(jié)。鋰離子電池的研究是一類不斷更新的電池體系,物理學(xué)和化�(xué)的很多新的研究成果會(huì)�(duì)鋰離子電池產(chǎn)生重大影�,比如納米固體電極,有可能使鋰離子電池有更高的能量密度和功率密度,從而大大增加鋰離子電池的應(yīng)用范�??傊囯x子電池的研究是一�(gè)涉及化學(xué)、物理、材�、能源、電子學(xué)等眾多學(xué)科的交叉�(lǐng)�。目前該�(lǐng)域的�(jìn)展已引起化學(xué)電源界和�(chǎn)�(yè)界的極大興趣??梢灶A(yù)料,隨著電極材料�(jié)�(gòu)與性能�(guān)系研究的深入,從分子水平上設(shè)�(jì)出來的各種規(guī)整結(jié)�(gòu)或摻雜復(fù)合結(jié)�(gòu)的正�(fù)極材料將有力地推�(dòng)鋰離子電池的研究和應(yīng)�。鋰離子電池將會(huì)是繼鎳鎘、鎳氫電池之�,在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi),市�(chǎng)前景、發(fā)展最快的一種二次電��
    電池的分類有不同的方法,其分類方法大體上可分為三大類
    類:按電解液種類劃分包括:堿性電�,電解質(zhì)主要以氫氧化鉀水溶液為主的電池,如:堿性鋅錳電池(俗稱堿錳電池或堿性電池)、鎘鎳電�、氫鎳電池等;酸性電�,主要以硫酸水溶液為介質(zhì),如鉛酸蓄電�;中性電�,以鹽溶液為介質(zhì),如鋅錳干電池(有的消費(fèi)者也稱之為酸性電池)、海水激活電池等;有�(jī)電解液電池,主要以有�(jī)溶液為介�(zhì)的電�,如鋰電�、鋰離子電池��
    第二類:按工作性質(zhì)和貯存方式劃分包括:一次電�,又稱原電池,即不能再充電的電池,如鋅錳干電池、鋰原電池等;二次電�,即可充電電�,如氫鎳電池、鋰離子電池、鎘鎳電池等;蓄電池�(xí)慣上指鉛酸蓄電池,也是二次電�;燃料電池,即活性材料在電池工作�(shí)才連續(xù)不斷� 從外部加入電�,如氫氧燃料電池�;貯備電�,即電池貯存�(shí)不直接接觸電解液,直到電池使用時(shí),才加入電解�,如鎂-氯化銀電池又稱海水激活電池等�
    第三類:按電池所用正、負(fù)有為材料劃分包括:鋅系列電池,如鋅錳電池、鋅銀電池�;鎳系列電池,如鎘鎳電池、氫鎳電池等;鉛系列電池,如鉛酸電池�;鋰系列電池、鋰鎂電池;二氧化錳系列電池,如鋅錳電池、堿錳電池等;空氣(氧氣)系列電�,如鋅空電池�
    充電電池定義
    充電電池又稱:蓄電池、二次電池,是可以反�(fù)充電使用的電�。常見的有:鉛酸電池(用于汽車時(shí),俗稱“電瓶”)、鎘鎳電�、氫鎳電池、鋰離子電池�
    電池的額定容�
    電池的額定容量指在一定放電條件下,電池放電至截止電壓�(shí)放出的電量。IEC�(biāo)�(zhǔn)�(guī)定鎳鎘和鎳氫電池�20±5℃環(huán)境下,以0.1C充電16小時(shí)后以0.2C放電�1.0V�(shí)所放出的電量為電池的額定容�。單位有Ah, mAh (1Ah=1000mAh)
    鋰離子電池的使用
    如何正確使用鋰離子電�.
    正確使用鋰離子電池應(yīng)注意以下幾點(diǎn)�
    避免在嚴(yán)酷條件下使用,如:高�、高濕度、夏日陽光下長時(shí)間暴曬等,避免將電池投入火中�
    �、拆電池�(shí),應(yīng)確保用電器具處于電源�(guān)閉狀�(tài);使用溫度應(yīng)保持在-20~55℃之��
    避免將電池長�(shí)間“存放”在停止使用的用電器具中�
    1、如何為新電池充�,
    在使用鋰電池中應(yīng)注意的是,電池放置一段時(shí)間后則�(jìn)入休眠狀�(tài),此�(shí)容量低于正常�,使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激�,只要經(jīng)�3�5次正常的充放電循�(huán)就可激活電池,恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性,決定了它幾乎沒有記憶效應(yīng)。因此用戶手�(jī)中的新鋰電池在激活過程中,是不需要特別的方法和設(shè)備的。不僅理論上是如�,從我自己的�(shí)踐來看,從一開始就采用標(biāo)�(zhǔn)方法充電這種“自然激活”方式是��
    �(duì)于鋰電池的“激活”問�,眾多的說法是:充電�(shí)間一定要超過12小時(shí),反�(fù)做三次,以便激活電�。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說法,明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續(xù)下來的說法。所以這種說法,可以說一開始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)�,而且可以非常明確的告訴大�,我所查閱過的所有嚴(yán)肅的正式技�(shù)資料都強(qiáng)�(diào)過充和過放電�(huì)�(duì)鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷�。因而充電按照標(biāo)�(zhǔn)�(shí)間和�(biāo)�(zhǔn)方法充電,特別是不要�(jìn)行超�12�(gè)小時(shí)的超長充��
    此外,鋰電池或充電器在電池充滿后都會(huì)自動(dòng)停充,并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小�(shí)的“涓流”充�。也就是�,如果你的鋰電池在充滿后,放在充電器上也是白�。而我們誰都無法保證電池的充放電保�(hù)電路的特性永不變化和�(zhì)量的萬無一�,所以你的電池將長期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反�(duì)長充電的另一�(gè)理由�
    此外,不可忽視的另外一�(gè)方面就是鋰電池同樣也不適合過放電,過放電�(duì)鋰電池同樣也很不利�
    2、正常使用中�(yīng)該何�(shí)開始充電
    �(jīng)??梢砸姷竭@種說法,�?yàn)槌浞烹姷拇螖?shù)是有限的,所以應(yīng)該將手機(jī)電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一�(gè)�(guān)于鋰離子電池充放電循�(huán)的實(shí)�(yàn)�,關(guān)于循�(huán)壽命的數(shù)�(jù)列出如下:
    循環(huán)壽命 (10%DOD):>1000�
    循環(huán)壽命 (100%DOD):>200�
    其中DOD是放電深度的英文縮寫。從表中可見,可充電次數(shù)和放電深度有�(guān)�10%DOD�(shí)的循�(huán)壽命要比100%DOD的要長很�。當(dāng)然如果折合到�(shí)際充電的相對(duì)�?cè)萘浚?0%*1000=100�100%*200=200,后者的完全充放電還是要比較好一�,但前面�(wǎng)友的那�(gè)說法要做一些修正:在正常情況下,你�(yīng)該有保留地按照電池剩余電量用完再充的原則充電,但假如你的電池在你�(yù)�(jì)�2天不可能�(jiān)持整�(gè)白天的時(shí)�,就�(yīng)該及�(shí)開始充電,當(dāng)然你如果愿意背著充電器到辦公室又�(dāng)別論�
    電池剩余電量用完再充的原則并不是要你走向極端。和長充電一樣流傳甚廣的一�(gè)說法,就是“盡量把電池的電量用完�。這種做法其實(shí)只是鎳電池上的做法,目的是避免記憶效�(yīng)�(fā)�,不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾�(jīng)有人�?yàn)槭謾C(jī)電池電量過低的警告出�(xiàn)�,仍然不充電繼續(xù)使用一直用到自�(dòng)�(guān)�(jī)的例子。結(jié)果這�(gè)例子中的手機(jī)在后來的充電及開�(jī)中均無反�(yīng),不得不送客服檢�。這其�(shí)就是由于電池因過度放電而導(dǎo)致電壓過低,以至于不具備正常的充電和開機(jī)條件造成��
    建議手機(jī)電池的電量保持在滿格的狀�(tài),當(dāng)電量不滿的時(shí)候就開始充電�2-3小時(shí)以內(nèi)為宜�
    鋰離子電池按電解液分可以分成液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池,聚合物鋰離子電池的電解液是膠體,不�(huì)流動(dòng),所以不存在泄漏問題,更加安全�

維庫電子�,電子知�(shí),一查百��

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