通常人們俗稱其為(wèi)锂電池,锂電池又分多種锂系列,如(rú)锂離(lí)子(zǐ)電池和(hé)锂金屬電池(金屬锂),以锂合金或锂金屬作為(wèi)負極材料的(de)一(yī)種電池,最早在1912年(nián)便由Gilbert N. Lewis提出。
锂金屬電池為(wèi)一(yī)次電池(不可(kě)充電),相比其他锂電池系,锂金屬電池對加工、保存、環境、寬溫條件的(de)要求高(gāo)。金屬锂在循環過程中會有锂枝晶的(de)産生,而且金屬锂十分活潑,容易與空氣中的(de)氧氣和(hé)水分等發生反應,并且金屬锂不能耐高(gāo)溫,給電池的(de)組裝和(hé)應用帶來困難,所以這類锂電池必須采用非水電解質,它們通常由有機溶劑和(hé)無機鹽組成,以不與锂和(hé)電池其他材料發生持續的(de)化學(xué)反應為(wèi)原則。
非水電解質常用:LiClO4、LiAsF6、LiAlCl4、LiBF4、LiBr、LiCl等無機鹽作锂電池的(de)電解質,而有機溶劑則一(yī)般是用PC、EC、DME、BL、THF、AN、MF中的(de)二、三種混合作為(wèi)有機溶劑使用。
锂電池系的(de)正極活性物質常用的(de)有:固态鹵化物如(rú)氟化銅(CuF2)、氯化銅(CuCl2)、氯化銀(AgCl)、聚氟化碳((CF)4),固态硫化物如(rú)硫化銅(CuS)、硫化鐵(FeS)、二硫化鐵(FeS2),固态氧化物如(rú)二氧化錳(MnO2)、氧化銅(CuO)、三氧化钼(MoO3)、五氧化二釩(V2O5),固态含氧酸鹽如(rú)鉻酸銀(Ag2CrO4)、铋酸鉛(Pb2Bi2O5),固态鹵素如(rú)碘(I2),液态氧化物如(rú)二氧化硫(SO2),液态鹵氧化物如(rú)亞硫酰氯(SOCl2)。因此,锂一(yī)次電池有很多系列,常見的(de)有锂-二氧化錳、锂-硫化銅、锂-氟化碳、锂-二氧化硫和(hé)锂-亞硫酰氯等。
锂離(lí)子(zǐ)電池是一(yī)種二次電池(充電電池),它主要依靠锂離(lí)子(zǐ)在正極和(hé)負極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和(hé)脫嵌:充電時,它是把锂離(lí)子(zǐ)嵌入碳(石油焦炭和(hé)石墨)中形成負極(傳統锂電池用锂或锂合金作負極),石油焦炭和(hé)石墨作負極材料無毒,且資源充足,锂離(lí)子(zǐ)嵌入碳中,克服了锂的(de)高(gāo)活性,解決了傳統锂電池存在的(de)安全問題,負極處于富锂狀态;放電時則相反。
正極材料常用LiCoO2,LiNiO2,和(hé)LiMnO4 ,電解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC),正極LiNiO2在充、放電性能和(hé)壽命上均能達到較高(gāo)水平,使成本降低(dī),總之锂離(lí)子(zǐ)電池的(de)綜合性能提高(gāo)了。
鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列:
(1)正極——活性物質一(yī)般為(wèi)錳酸锂或者钴酸锂,鎳钴錳酸锂材料,電動自(zì)行車則普遍用鎳钴錳酸锂(俗稱三元)或者三元+少量錳酸锂,純的(de)錳酸锂和(hé)磷酸鐵锂則由于體積大、性能不好或成本高(gāo)而逐漸淡出。導電極流體使用厚度10--20微米的(de)電解鋁箔。
(2)隔膜——一(yī)種經特殊成型的(de)高(gāo)分子(zǐ)薄膜,薄膜有微孔結構,可(kě)以讓锂離(lí)子(zǐ)自(zì)由通過,而電子(zǐ)不能通過。
(3)負極——活性物質為(wèi)石墨,或近似石墨結構的(de)碳,導電集流體使用厚度7-15微米的(de)電解銅箔。
(4)有機電解液——溶解有六氟磷酸锂的(de)碳酸酯類溶劑,聚合物的(de)則使用凝膠狀電解液。
(5)電池外殼——分為(wèi)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(de)蓋帽,也是電池的(de)正負極引出端。因此,锂離(lí)子(zǐ)電池有很多系列,常見的(de)有钴酸锂電池、三元锂電池、聚合物锂電池、碳酸锂電池、磷酸鐵锂電池以及未來車企理(lǐ)想固态電池等。
1983年(nián)M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的(de)正極材料,具有低(dī)價、穩定和(hé)優良的(de)導電、導锂性能。其分解溫度高(gāo),且氧化性遠低(dī)于钴酸锂,即使出現短(duǎn)路、過充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的(de)危險。
1989年(nián),A.Manthiram和(hé)J.Goodenough發現采用聚合陰離(lí)子(zǐ)的(de)正極将産生更高(gāo)的(de)電壓。
1992年(nián)日本索尼公司發明了以炭材料為(wèi)負極,以含锂的(de)化合物作正極的(de)锂電池,在充放電過程中,沒有金屬锂存在,隻有锂離(lí)子(zǐ),這就是锂離(lí)子(zǐ)電池。随後,锂離(lí)子(zǐ)電池革新了消費電子(zǐ)産品的(de)面貌。此類以钴酸锂作為(wèi)正極材料的(de)電池,至今仍是便攜電子(zǐ)器件的(de)主要電源。
1996年(nián)Padhi和(hé)Goodenough發現具有橄榄石結構的(de)磷酸鹽,如(rú)磷酸鐵锂(LiFePO4),比傳統的(de)正極材料更具安全性,尤其耐高(gāo)溫,耐過充電性能遠超過傳統锂離(lí)子(zǐ)電池材料。
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