鋰電池產(chǎn)生的原理是怎樣的，可以使用在那些行業(yè)？
來源：未知
2019-03-18 19:35
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“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。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。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。理想的鋰離子電池，除了鋰離子在正負極之間嵌入和脫出外，不發(fā)生其他副反應，不出現(xiàn)鋰離子的不可逆消耗。實際的鋰離子電池，每時每刻都有副反應存在，也有不可逆的消耗，如電解液分解，活性物質(zhì)溶解，金屬鋰沉積等，只不過程度不同而己。實際電池系統(tǒng)，每次循環(huán)中，任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應，
都可能導致電池容量平衡的改變。一旦電池的容量平衡發(fā)生改變，這種改變就是不可逆的，并且可以通過多次循環(huán)進行累積，對電池性能產(chǎn)生嚴重影響。
?、耪龢O材料的溶解尖晶石LiMn2O4中Mn的溶解是引起LiMn2O4可逆容量衰減的主要原因，對于Mn的溶解機理，一般有兩種解釋：氧化還原機制和離子交換機制。氧化還原機制是指放電末期Mn3+的濃度高，LiMn2O4表面的Mn+會發(fā)生歧化反應: 2Mn3+（固）Mn4+（固）+Mn2+（液）歧化反應生成的二價錳離子溶于電解液。離子交換機制是指Li+和H+在尖晶石表面進行交換，最終形成沒有電化學活性的HMn2O4。
Xia等的研究表明，錳的溶解所引起的容量損失占整個電池容量損失的比例隨著溫度的升高而明顯增大（由常溫下的23%增大到55℃時的34%）.
?、普龢O材料的相變化
[15] 鋰離子電池中的相變有兩類：
一是鋰離子正常脫嵌時電極材料發(fā)生的相變；二是過充電或過放電時電極材料發(fā)生的相變。
對于第一類相變，一般認為鋰離子的正常脫嵌反應總是伴隨著宿主結(jié)構(gòu)摩爾體積的變化，同時在材料內(nèi)部產(chǎn)生應力，從而引起宿主晶格發(fā)生變化，這些變化減少了顆粒間以及顆粒與電極間的電化學接觸。
第二類相變是Jahn-Teller效應。Jahn-Teller效應是指由于鋰離子的反復嵌入與脫嵌引起結(jié)構(gòu)的膨脹與收縮，導致氧八面體偏離球?qū)ΨQ性并成為變形的八面體構(gòu)型。由于jahn-Teller效應所導致的尖晶石結(jié)構(gòu)不可逆轉(zhuǎn)變，也是LiMn2O4容量衰減的主要原因之一。在深度放電時，Mn的平均化合價低于3.5V，尖晶石的結(jié)構(gòu)由立方晶相向四方晶相轉(zhuǎn)變。四方晶相對稱性低且無序性強，使鋰離子的脫嵌可逆程度降低，表現(xiàn)為正極材料可逆容量的衰減。
?、请娊庖旱倪€原
[15] 鋰離子電池中常用的電解液主要包括由各種有機碳酸酯
(如PC、EC、DMC、DEC 等)的混合物組成的溶劑以及由鋰鹽(如LiPF6 、LiClO4 、LiAsF6 等)
組成的電解質(zhì)。在充電的條件下,電解液對含碳電極具有不穩(wěn)定性,故會發(fā)生還原反應。電解液還原消耗了電解質(zhì)及其溶劑,對電池容量及循環(huán)壽命產(chǎn)生不良影響,由此產(chǎn)生的氣體會增加電池的內(nèi)部壓力,對系統(tǒng)的安全造成威脅。
?、冗^充電造成的量損失
[15] 負極鋰的沉積:
過充電時，發(fā)生鋰離子在負極活性物質(zhì)表面上的沉積。鋰離子的沉積一方面
造成可逆鋰離子數(shù)目減少，另一方面沉積的鋰金屬極易與電解液中的溶劑或鹽的分子發(fā)生反應，
生成Li2CO3、LiF或其他物質(zhì)，這些物質(zhì)可以堵塞電極孔，最終導致容量損失和壽命下降。
電解液氧化：
鋰離子電池常用的電解液在過充電時容易分解形成不可溶的Li2CO3等產(chǎn)物，阻塞極孔并產(chǎn)生氣體，這也會造成容量的損失，并產(chǎn)生安全隱患。
正極氧缺陷：高電壓區(qū)正極LiMn2O4
中有損失氧的趨勢，這造成氧缺陷從而導致容量損失。
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鋰離子電池的自放電所導致的容量損失大部分是可逆的，只有一小部分是不可逆的。造成不
可逆自放電的原因主要有：鋰離子的損失（形成不可溶的Li2CO3等物質(zhì)）；電解液氧化產(chǎn)物堵
塞電極微孔，造成內(nèi)阻增大
一般認為將鋰電池的空載電壓放到3.0V以下就認為電用完了（具體值需要看電池保護板的門限值，比如有低到2.8V，也有3.2V的）。大部分鋰電池放電不能將空載電壓放到3.2V以下的，否則過度放電會損害電池（一般市場上的鋰電池基本都是帶保護板才使用的，因此過度放電還會導致保護板檢測不到電池，從而無法給電池充電）。
4.2V是電池充電的最高限制電壓，一般認為將鋰電池的空載電壓充到4.2V就認為電充滿了，電池充電過程中，電池的電壓在3.7V逐漸上升到4.2V，鋰電池充電不能將空載電壓充到4.2V以上的，否則也會損害電池，這就是鋰電池特殊的地方，一般來講，18650鋰電池具有以下的優(yōu)點。
1、使用范圍廣
筆記本電腦、對講機、便攜式DVD，儀器儀表、音響設備、航模、玩具、攝像機、數(shù)碼照相機等電子設備。
2、串聯(lián)
可串聯(lián)或并聯(lián)組合成18650鋰電池組。
3、內(nèi)阻小
聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機的待機時間，完全可以達到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。
