鋰離子電池工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)有哪些?
來源:寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-12 12:42
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鋰離子電池以碳素材料為負(fù)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(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(習(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)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。
當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),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(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,到達(dá)負(fù)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(dāng)對(duì)電池進(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)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多,放電容量越高。
一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,同時(shí)電池發(fā)熱也越大。而且,過大的電流充電,容量不夠滿,因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)需要時(shí)間。就跟倒啤酒一樣,倒太快的話會(huì)產(chǎn)生泡沫,反而不滿。
鋰電池是用金屬鋰作為電極的一種儲(chǔ)能電池,比能量極高,早期分為一次性電池和可充電鋰電池,但在可充電鋰電池發(fā)生事故以后,民用市場上已經(jīng)很少見得到可充電鋰電池。鋰離子充電電池實(shí)際上是利用鋰離子的濃度差進(jìn)行儲(chǔ)能和放電,電池中不存在金屬鋰。
金屬鋰電池跟普通干電池的原理一樣,它是用金屬鋰作為電極,通過金屬鋰的腐蝕或叫氧化來產(chǎn)生電能的,用完就廢了,不能充電。
鋰離子電池缺點(diǎn)
衰老
與其它充電電池不同,鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退,與使用次數(shù)有關(guān),也與溫度有關(guān)。這種衰退的現(xiàn)象可以用容量減小表示,也可以用內(nèi)阻升高表示。
回收率
大約有1%的出廠新品因種種原因需要回收。
不耐受過充
過充電時(shí),過量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中,無法再釋放,可導(dǎo)致電池壽命短。
不耐受過放
過放電時(shí),電極脫嵌過多鋰離子,可導(dǎo)致晶格坍塌,從而縮短壽命。
五、金屬鋰電池和鋰離子電池區(qū)別
最主要的區(qū)別是金屬鋰電池是一次性電池,鋰離子電池是可充電循環(huán)電池!金屬鋰電池跟普通干電池的原理一樣,它是用金屬鋰作為電極,通過金屬鋰的腐蝕或叫氧化來產(chǎn)生電能的,用完就廢了,不能充電;鋰離子電池一般用鈷酸鋰做正極,碳做負(fù)極,中間填充電解液以形成離子游離的通道,用隔膜來分離正負(fù)極防止短路。當(dāng)充電時(shí)由于電場作用鋰離子從鈷酸鋰中游出,游離在電液中穿過隔膜中的孔隙,到達(dá)負(fù)極與碳反應(yīng)生成碳化鋰;放電過程與此相反,鋰離子又回到正極,這就是鋰離子電池的充放電過程。
六、關(guān)于電池的幾個(gè)概念
1、集流體
顧名思義就是指匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件,在鋰離子電池上主要指的是金屬箔,如銅箔、鋁箔。泛指也可以包括極耳。其功用主要是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流對(duì)外輸出,因此集流體應(yīng)與活性物質(zhì)充分接觸,并且內(nèi)阻應(yīng)盡可能小為佳。
2、非水電解液材料
混合溶劑的各項(xiàng)性質(zhì)均優(yōu)于單一溶劑,以EC:PC(1:1)最為突出,而NaClO4/NaPF6-EC:PC(1:1)電解質(zhì)體系在各項(xiàng)測試中都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。作為一種有效的鋰離子電池電解液添加劑,氟代碳酸乙烯酯(FEC)也被證實(shí)作為鈉離子電池非水電解液的添加劑能夠有效地獲得提升的電池電化學(xué)性能。理論上鈉也能做電池,但是因?yàn)樗?ldquo;長得胖”,比鋰原子多8個(gè)電子,所以它更重,單位質(zhì)量上的儲(chǔ)能相對(duì)就少。鈉離子電池的能量密度也只有鋰離子電池的一半以下水平,目前只能達(dá)到120瓦時(shí)/公斤。另外,鈉離子電池在移動(dòng)場合中的使用條件也很苛刻,不論是從使用可提供的空間,還是電池本身的安全上都存在一定的局限性。
















