锂电池介绍.doc

2014 年 10月 14日锂电池简介锂电池可以理解为含有锂元素(包括金属锂、锂合金、锂离子、锂聚合物)的电池,可分为锂金属电池(极少的生产和使用)和锂离子电池(现今大量使用) 。以充电性可分为一次电池和二次电池,即可充电或不可充电电池。电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和 PTC 元件,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。单节锂离子电池的电压为 ,容量也不可能无限大,因此,常常将单节锂离子电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。锂金属电池或锂离子电池的基本原理都是氧化还原反应,电池最核心的三部分是负极、正极、电解质。锂离子电池根据电解质的成分不同分为液态锂离子电池( liquified Lithium-ion Battery ,简称 LIB )和聚合物锂离子电池( Polymer Lithium-ion Battery ,简称 PLB )。二者的正负极材料都相同,正极材料钴酸锂、锰酸锂等,负极为石墨。工作原理基本一致,主要区别是电解质, LIB 使用液体电解质, PLB 使用固体聚合物电解质,这种电解质是“干态”或者“胶态”,目前大部分采用聚合物凝胶电解质。 PLB 和 LIB 原理一样。电池构造主要包括正极、负极和电解质,所谓 PL B 是指在这三种主要构造中至少有一项使用了高分子材料,目前的聚合物锂离子电池系统中高分子材料主要用于正极和电解质,正极材料包括导电高分子聚合物, 电解质采用固态或胶态高分子电解质。新一代聚合物锂离子电池几乎可以设计成任意形状,最薄可达 ,大大提高了电池造型的灵活性。聚合物锂离子电池的单位能量比目前一般锂离子电池提高了 20%-50% 。电池标注了 Li-ion ,就是锂离子电池,但不确定具体是哪一种。锂离子电池基本原理锂离子电池正负极采用锂+ 嵌入化合物,正极采用 LiCoO 2、 LiNiO 2或 LiMn 2O 4, 负极采用锂-碳层间化合物 LixC6 ,典型的电池体系是(具体电池根据其正负极、电解质不同,化学反应有所不同): ) ( ) (?? 2 6 LiCoO | DEC -EC --- LiP |C- 正极反应(氧化反应): -22xe Li xCoO -1 Li LiCoO ????( 2. 1) 负极反应(还原反应): LixC6 xe xLi 6C -????() 电池总反应: 622 LixC xCoO - Li1 6C LiCoO ???() 锂金属及其化合物活跃性较高(元素周期表中 Li 还原性强),锂离子电池不含金属锂。充电时,在电场的驱动下? Li 从正极晶格中脱出,经过电解质,嵌入到负极晶格中。放电时,过程相反, ? Li 返回正极晶格,电子通过负载(用电器),由外电路到达正极与? Li 复合。因此,充放电过程就是? Li 来回运动的过程。锂离子电池基本参数描述锂离子电池的基本参数有电压、容量、内阻、年自放电率、工作温度、充放电次数。大部分参数为: 电压: - ,容量: 2200mAh ,内阻<50