鋰離子電池優(yōu)越的性能表現(xiàn)在哪些方面？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-17 11:10
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與其它高能二次電池(如Ni-Cd蓄電池，Ni-MH蓄電池等)相比，鋰離子電池在性能上具有顯著的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾方面。
(1)工作電壓高以石墨或石油焦等炭質(zhì)嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負(fù)極，會(huì)使電池電壓有所下降。但由于它們嵌鋰電位較低，可使電壓損失減小到最低限度。同時(shí)，選擇合適的嵌鋰化合物作為電池正極，選擇適當(dāng)?shù)碾娊庖后w系(決定了鋰電池的電化學(xué)窗口)，可使鋰電池具有較高的工作電壓(-4V)，遠(yuǎn)高于水溶液體系電池。
(2)比容量大雖然以炭質(zhì)材料代替金屬鋰會(huì)使材料質(zhì)量比容量有所降低，但實(shí)際上金屬鋰二次電池中為保證電池具有一定的循環(huán)壽命，負(fù)極金屬鋰通常過量三倍以上，因此鋰電池中質(zhì)量比容量實(shí)際的降低程度并不大，而且體積比容量幾乎沒有降低。
(3)能量密度高較高的工作電壓和體積比容量決定了二次鋰電池的能量密度較高。與目前廣泛使用的Ni-Cd蓄電池和Ni-MH蓄電池相比，二次鋰電池能量密度最高，且仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
(4)安全性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)用金屬鋰作陽極的電池不安全的原因是多次充放電使鋰離子電池正極結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成多孔枝晶，在升高溫度時(shí)，它與電解液發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，且枝晶能刺穿隔膜，造成內(nèi)部短路，而鋰電池不存在此問題，是很安全的。為避免在電池中存在金屬鋰，充電時(shí)要控制電壓，為保險(xiǎn)起見，鋰電池備有多重安全裝置。鋰電池在充電和放電過程中鋰離子插入和脫嵌在陰極和陽極上沒有任何結(jié)構(gòu)改變(在插入和脫嵌過程中晶格會(huì)有一些膨脹和收縮)，且因?yàn)榍朵嚮衔锉冉饘黉嚫€(wěn)定，在充放電過程中不會(huì)形成鋰枝晶，從而明顯地改善了電池的安全性能，同時(shí)循環(huán)壽命也大大提高。鋰電池在1989年和1990年分別被美國(guó)運(yùn)輸部危險(xiǎn)品運(yùn)輸處和IAIT(國(guó)際航空與運(yùn)輸協(xié)會(huì))排除在危險(xiǎn)品之內(nèi)。
(5)自放電率小鋰電池采用非水電解液體系，嵌鋰炭材料在非水電解液體系中熱力學(xué)不穩(wěn)定。在首次充放電過程中因電解液的還原會(huì)在炭負(fù)極表面形成一層固體電解質(zhì)中間相((SEI)膜，允許鋰離子通過但不允許電子通過，并使不同荷電態(tài)的電極電極活性物質(zhì)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此具有較低的自放電率。
(6)清潔無污染鋰電池不含有鉛、福、汞等有毒物質(zhì)，同時(shí)因?yàn)殡姵乇仨毐缓芎玫孛芊?，在使用過程中極少有氣體放出，不對(duì)環(huán)境造成污染。生產(chǎn)制造過程中用于溶解粘結(jié)劑的溶劑也可以做到完全回收。Sony等鋰電池大型生產(chǎn)企業(yè)，從1997年己經(jīng)陸續(xù)開始了鋰電池的回收以及材料(如金屬鉆等)的再生循環(huán)工作。另外，1996年Sony的鋰電池經(jīng)鑒定符合IS014001國(guó)際環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[71O
(1)工作電壓高以石墨或石油焦等炭質(zhì)嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負(fù)極，會(huì)使電池電壓有所下降。但由于它們嵌鋰電位較低，可使電壓損失減小到最低限度。同時(shí)，選擇合適的嵌鋰化合物作為電池正極，選擇適當(dāng)?shù)碾娊庖后w系(決定了鋰電池的電化學(xué)窗口)，可使鋰電池具有較高的工作電壓(-4V)，遠(yuǎn)高于水溶液體系電池。
(2)比容量大雖然以炭質(zhì)材料代替金屬鋰會(huì)使材料質(zhì)量比容量有所降低，但實(shí)際上金屬鋰二次電池中為保證電池具有一定的循環(huán)壽命，負(fù)極金屬鋰通常過量三倍以上，因此鋰電池中質(zhì)量比容量實(shí)際的降低程度并不大，而且體積比容量幾乎沒有降低。
(3)能量密度高較高的工作電壓和體積比容量決定了二次鋰電池的能量密度較高。與目前廣泛使用的Ni-Cd蓄電池和Ni-MH蓄電池相比，二次鋰電池能量密度最高，且仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
(4)安全性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)用金屬鋰作陽極的電池不安全的原因是多次充放電使鋰離子電池正極結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成多孔枝晶，在升高溫度時(shí)，它與電解液發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，且枝晶能刺穿隔膜，造成內(nèi)部短路，而鋰電池不存在此問題，是很安全的。為避免在電池中存在金屬鋰，充電時(shí)要控制電壓，為保險(xiǎn)起見，鋰電池備有多重安全裝置。鋰電池在充電和放電過程中鋰離子插入和脫嵌在陰極和陽極上沒有任何結(jié)構(gòu)改變(在插入和脫嵌過程中晶格會(huì)有一些膨脹和收縮)，且因?yàn)榍朵嚮衔锉冉饘黉嚫€(wěn)定，在充放電過程中不會(huì)形成鋰枝晶，從而明顯地改善了電池的安全性能，同時(shí)循環(huán)壽命也大大提高。鋰電池在1989年和1990年分別被美國(guó)運(yùn)輸部危險(xiǎn)品運(yùn)輸處和IAIT(國(guó)際航空與運(yùn)輸協(xié)會(huì))排除在危險(xiǎn)品之內(nèi)。
(5)自放電率小鋰電池采用非水電解液體系，嵌鋰炭材料在非水電解液體系中熱力學(xué)不穩(wěn)定。在首次充放電過程中因電解液的還原會(huì)在炭負(fù)極表面形成一層固體電解質(zhì)中間相((SEI)膜，允許鋰離子通過但不允許電子通過，并使不同荷電態(tài)的電極電極活性物質(zhì)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此具有較低的自放電率。
(6)清潔無污染鋰電池不含有鉛、福、汞等有毒物質(zhì)，同時(shí)因?yàn)殡姵乇仨毐缓芎玫孛芊?，在使用過程中極少有氣體放出，不對(duì)環(huán)境造成污染。生產(chǎn)制造過程中用于溶解粘結(jié)劑的溶劑也可以做到完全回收。Sony等鋰電池大型生產(chǎn)企業(yè)，從1997年己經(jīng)陸續(xù)開始了鋰電池的回收以及材料(如金屬鉆等)的再生循環(huán)工作。另外，1996年Sony的鋰電池經(jīng)鑒定符合IS014001國(guó)際環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[71O
