鋰離子電池和鋰電池構(gòu)造及工作原理有哪些，它們各有什么優(yōu)缺點？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-18 09:06
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鋰一次電池是一種高能化學原電池，俗稱鋰電池。以金屬鋰為負極，固體鹽類或溶于有機溶劑的鹽類為電解質(zhì)，金屬氧化物或其他固體、液體氧化劑為正極活性物。通用的圓形鋰二氧化錳(Li/MnO2)電池和鋰氟化碳〔Li/(CFx)n〕電池分別用字母CR和BR表示，其后的數(shù)字表示電池的型號。鋰一次電池是這一類以使用金屬鋰為負極材料的化學電源系列的總稱。鋰電池的分類十分復雜，通常按所選電解質(zhì)的性質(zhì)來分類，可分為以下四類：鋰有機電解質(zhì)電池、鋰無機電解質(zhì)電池、鋰固體電解質(zhì)電池、鋰熔鹽電池。
鋰電池的型號和種類繁多，它們各自有其特點和應用范圍，不能互相取代。鋰一次電池的標稱電壓有1.5V級和3.0V級兩種。鋰一次電池有扣式、卷式圓柱形和矩形等多種結(jié)構(gòu)。鋰一次電池具有比能量高、壽命長、耐漏液等優(yōu)點，但安全性較差。主要用于照相機、計算器等小型電器中。
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(zhì)的電池，鋰離子電池是一種二次電池（充電電池）。根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料的不同，鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池(簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(簡稱為PLB)。
聚合物鋰離子電池是在液態(tài)鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以導電材料為正極，碳材料為負極，電解質(zhì)采用固態(tài)或凝膠態(tài)有機導電膜組成，并采用鋁塑膜做外包裝的最新一代可充鋰離子電池。由于性能的更加穩(wěn)定，因此它也被視為液態(tài)鋰離子電池的更新?lián)Q代產(chǎn)品。很多企業(yè)都在開發(fā)這種新型電池。
鋰離子電池大量應用在手機、筆記本電腦、電動工具、電動車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上，可以說是最大的應用群體。鋰電池是以金屬鋰作為電極，以電子傳遞產(chǎn)生電流，易產(chǎn)生枝晶引起爆炸。鋰電池是一次電池。
鋰離子電池是以鋰離子的傳遞來完成充放電，主要以鋰摻雜金屬的氧化物作為電極。鋰離子電池是二次電池可充電。
鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。
手機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。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。而真正的鋰電池由于危險性大，很少應用于日常電子產(chǎn)品。
鋰離子電池由日本索尼公司于1990年最先開發(fā)成功。它是把鋰離子嵌入碳（石油焦炭和石墨）中形成負極（傳統(tǒng)鋰電池用鋰或鋰合金作負極）。
鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成部分
1）正極——活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。
鋰離子電池工作原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點與鋰電池、蓄電池的區(qū)別
2）隔膜——一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
3）負極——活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
4）有機電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。
5）電池外殼——分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，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，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。
鋰離子電池優(yōu)點
1、鋰電池電壓平臺高：單體電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池組。
2、具有高儲存能量密度：相對其他電池而言鋰電池能量密度很高，目前已達到460-600Wh/kg，約為鉛酸電池的6～7倍。這就意味著在相同電荷容量下，鋰電池重量更輕。據(jù)計算相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5～1/6。
3、使用壽命相對較長：鋰電池的使用壽命可達到6年以上。以磷酸亞鐵鋰為正極的鋰電池為例，在1C充放電倍率下，循環(huán)周期的*紀錄可達1000次。
4、具備高功率承受力：電動車鋰電池用的磷酸亞鐵鋰離子電池*充放電倍率可以達到15C-30C，這非常適合動力汽車高強度的啟動和加速。
5、自放電率很低。自放電率是鋰離子電池*突出的優(yōu)越性之一，室溫下滿電存儲一個月的自放電率約10％左右，而同等條件下鎳鎘為25～30％、鎳氫為30～35％。
6、無記憶效應：這意味著鋰離子電池可以隨時充放電，而不必像鎳氫、鎳錫電池一樣，必須要等到電量耗盡。
7、高低溫適應性強：鋰電池可在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用。
8、綠色環(huán)保：不論生產(chǎn)、使用和報廢都不含有也不產(chǎn)生鉛、汞、鎘等有毒重金屬物質(zhì)。
9、鋰離子電池的主要原材料鋰、錳、鐵、釩等在我國都是富產(chǎn)資源；生產(chǎn)基本不消耗水，對水之源稀缺的國家十分有利。
鋰離子電池的缺點
1、錯誤使用存在安全隱患：由于鋰離子電池組成物質(zhì)非?；钴S，若使用錯誤將會出現(xiàn)電解液分解、燃燒甚至爆炸的重大事故。
2、不同放電倍率對電池的可用容量影響較大。
3、過充電和過放電均會對電池造成不可恢復的損害：針對以上的缺點，一般大容量的鋰電池組均采用了保護裝置來監(jiān)視電池的使用過程。
