詳解鋰電池、鋰離子電池和鋰聚合物電池的區(qū)別
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-10 09:17
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鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料，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(huán)境要求非常高。鋰離子電池負極是石墨等插層結(jié)構(gòu)材料，電池中是鋰離子在正負極移動，因此比鋰電池安全很多。鋰離子電池和鋰聚合物電池，鋰離子電池電解液是液態(tài)，聚合物電池的電解質(zhì)是凝膠或者固態(tài)，更安全一些。
首先，我們?nèi)缃竦匿囯姵?，按照學名，應(yīng)該叫鋰二次電池，有相應(yīng)的負極材料，和鋰一次電池不同，一次電池主要是以鋰為另一極，這類電池一般使用液態(tài)電解液，現(xiàn)如今主要是基于LiPF6、LiClO4溶于DMC:EC(v:v=1:1)的電解液里，有些也對其進行了改性，但仍為液體電池。
聚合物鋰電池，從電池內(nèi)部材料的角度來說，主要是內(nèi)部電解質(zhì)是采用聚合物，這里一般是凝膠電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)，如果沒記錯，韓國人曾經(jīng)發(fā)表過以PEO-離子液體為電解質(zhì)的凝膠狀電池，不知道GalaxyRound或者LGGFlex上有沒有用到這樣的電池。
其次，鋰聚合物電池盒鋰電池在包裝上有些許不同，鋰電池一般是以鋼殼(18650或者扣式的2320)，而鋰聚合物電池以鋁塑包裝膜作為包裝，即軟包電池。
當然還有鋰電池以全固態(tài)電解質(zhì)LiPON，NASICON、鈣鈦礦、LiSICON這類有高電導率的陶瓷電解質(zhì)或者是非晶態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的玻璃電解質(zhì)，如果要分類，可能應(yīng)該歸類在鋰二次電池里，但這已經(jīng)是概念的拓展了
最后，鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的，且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。鋰電池、鋰離子電池和鋰聚合物電池在原理上是不同的。
我們現(xiàn)在使用的鋰電池都是鋰離子電池，此外還有鋰金屬電池，以鋰金屬或鋰合金作為負極材料的一種電池，最早在1912年便由Gilbert N. Lewis提出，當時的鋰金屬電池為一次電池（不可充電），由于相比當時的其他電池，鋰金屬電池對加工、保存的要求高，因而沒有成為主流。
而鋰離子電池則比鋰金屬電池年輕許多，它采用鋰的金屬氧化物作為正極，于20世紀70年代誕生，但直到90年代，隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，對高功率、高能量密度電池的需求增大，鋰離子電池才開始成為主流。并且，鋰金屬電池隨著技術(shù)發(fā)展，近來有開始復興的趨勢，但還未形成潮流，本文主要討論的對象三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均為鋰離子電池，除此之外，算上鈦酸鋰電池，這三種電池是主流的車用動力電池。
☆鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)包括正、負極、電解液、隔膜和其他一些附件。其中正極材料是研究的重點，三元鋰和磷酸鐵鋰均描述了鋰離子電池的正極材料。而當前應(yīng)用的負極材料主要為石墨，結(jié)晶度高，導電性好，對鋰離子的容量大，達到了372mAh/g，大大超過了正極材料的容量，這也是為什么現(xiàn)在主要研究正極材料的原因。
鋰電池的電解液與傳統(tǒng)電池（鉛酸電池、鎳鎘電池等）不同，不采用以水為溶劑的電解液，因為水的了理論分解電壓只有1.23V（想想上一期的燃料電池單電池理想電壓），因此，以水為電解液的電池電壓最高不過2V左右。而鋰電池的電壓在3-4V左右。常用的電解質(zhì)材料為無機陰離子鋰鹽，LiBF4、LiPF6、LiAsF6這三類。溶劑則有酯類、醚類和颯類。
隔膜則是起隔斷電子和透過離子作用，使電子必須從外電路遷移，而離子則可以通過電解液移動，保證外電路有電流通過，防止電池內(nèi)短路。隔膜材料有單層PE、單層PP、三層PP等。
☆鋰離子電池充放電的基本原理
先明確兩個概念，一，電池是將氧化還原反應(yīng)的化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。典型特征就是電極上反應(yīng)物得失電子，通過外電路流動，進而便產(chǎn)生了電流。正負極之間的電荷傳遞是通過電解液中陰陽離子的運動形成的。
二，二次電池是指可多次再充放電的電池，其內(nèi)部發(fā)生的電化學反應(yīng)是可逆的。電池放電，內(nèi)部的A物質(zhì)變成B物質(zhì)，化學能變成電能；而充電時，B物質(zhì)又能夠變回A物質(zhì)，電能變成化學能儲存。
充電時鋰離子從正極材料的晶格中脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負極材料層中；放電時鋰離子從負極材料晶格中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料中。而電子則通過外電路，形成電流。
鋰電池充放電反應(yīng)過程為：
式中，Y為過度金屬，在鈷酸鋰電池（LiCoO2）中Y為鈷（Co），在錳酸鋰電池中就是錳（Mn）。對于三元鋰電池就是鎳鈷錳酸鋰[Li（NiCoMn）O2]中的NiCoMn，對于磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池，就是FePO4。
另外，正極負極指電位高低，陰極陽極則通過得失電子區(qū)分，得電子的電機發(fā)生還原反應(yīng)是陰極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)是陽極。充電和放電正負極不變，而陰陽極會反向。
對于鋰離子電池而言，正極材料的開發(fā)是其關(guān)鍵技術(shù)。理論上，根據(jù)上述反應(yīng)化學式，可以實現(xiàn)鋰離子脫嵌的物質(zhì)都可以作為正極材料，但實際上，這并非易事。出于性能考慮，它需要有良好的導電性、較大的放電倍率以及與電解質(zhì)良好的相容性；出于壽命考慮，它需要有高度的可逆性和較弱的極化效應(yīng)，出于安全考慮，它需要保證良好的穩(wěn)定性和溫和的電極過程動力學。
☆磷酸鐵鋰和三元鋰電池
磷酸鐵鋰電池的特點在于安全性高，高倍率充放電特性和較長的循環(huán)壽命。文獻顯示，在充電條件為1C倍率充電至3.65V，然后轉(zhuǎn)恒壓至電流下降到0.02C，之后以1C倍率放電至截止電壓2.0V，循環(huán)1600次之后電池容量仍有初始容量的80%。
PS：充放電倍率=充放電電流/額定容量；例如：額定容量為100Ah的電池用20A放電時，其放電倍率為0.2C。電池放電C率，1C,2C,0.2C是電池放電速率：表示放電快慢的一種量度。所用的容量1小時放電完畢，稱為1C放電；5小時放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電。一般可以通過不同的放電電流來檢測電池的容量。對于24AH電池來說，2C放電電流為48A，0.5C放電電流為12A。
