關(guān)于鋰電池種類與區(qū)別詳解
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-21 11:26
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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(shù)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。
鋰金屬電池：
鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。
鋰電池基本原理
鋰電池基本原理
放電反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2
鋰離子電池：
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(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。
充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為
LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)
充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為
6C+XLi++Xe- = LixC6
充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6
正極
正極材料：可選的正極材料很多，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照：
LiCoO2
3.7 V
140 mAh/g
Li2Mn2O4
4.0 V
100 mAh/g
LiFePO4
3.3 V
100 mAh/g
Li2FePO4F
3.6 V
115 mAh/g
正極反應(yīng)：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。 充電時：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。
負(fù)極
負(fù)極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。
負(fù)極反應(yīng)：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。
充電時：xLi+ + xe- + 6C → LixC6
放電時：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C
早期研發(fā)編輯
鋰電池最早期應(yīng)用在心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩等優(yōu)點，使得植入人體的起搏器能夠長期運作而不用重新充電。鋰電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計算器，數(shù)碼相機、手表中。
為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對各種材料進行了研究，從而制造出前所未有的產(chǎn)品。
1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實用化，使人們的移動電話、筆記本、計算器等攜帶型電子設(shè)備的重量和體積大大減小。
發(fā)展進程編輯
1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個鋰電池。
1980年，J. Goodenough 發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
1982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關(guān)注，因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料，具有低價、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1991年索尼公司發(fā)布首個商用鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費電子產(chǎn)品的面貌。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵(LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具優(yōu)越性，因此已成為當(dāng)前主流的正極材料。
隨著數(shù)碼產(chǎn)品如手機、筆記本電腦等產(chǎn)品的廣泛使用，鋰離子電池以優(yōu)異的性能在這類產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，并在逐步向其他產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。
1998年，天津電源研究所開始商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池。
2018年7月15日，從科達(dá)煤炭化學(xué)研究院獲悉，一種由純碳作為主要成分的高容量高密度鋰電池用特種碳負(fù)極材料在該院問世，這種由全新材料制備的鋰電池可以實現(xiàn)汽車?yán)m(xù)航里程突破600公里。 [2]
2018年10月，南開大學(xué)梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學(xué)賴超課題組合作成功制備了具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為復(fù)合負(fù)極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長鋰電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進材料》上發(fā)表 [1] 。
中國電動車行業(yè)車用電池中用鋰電池主流是三種鐵鋰，錳鋰，三元。
1 錳鋰
優(yōu)點：價格便宜；低溫性能好，在零下負(fù)20度放電能有90%以上的效率；安全性能佳。
缺點：高溫度性能差 ；循環(huán)壽命低(一般正常使用壽命大概在300到400次) ；克比容量低(112) ；倍率放電差(如車子上坡和快速啟動時候,對該類電池影響很大)
2 三元
優(yōu)點：價格是三種材料最貴的；容量高(150.可以節(jié)省體積) ；循環(huán)壽命佳(600到700次) ；倍率放電佳。
缺點：安全性能是三個中最差的(特別是用鋼殼的) ；目前中國電池行業(yè)對該材料的掌握還不成熟,用的不多.
