鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)

①電壓高傳統(tǒng)的干電池一般為1.5V而鋰原電池則可高達(dá)3.9V以上。

②比能量高，為傳統(tǒng)鋅負(fù)極電池的2～5倍。

⑧工作溫度范闈寬，鋰原電池一般能在-40-70度下工作，

④比功率大．可以大電流放電，

⑤放電平穩(wěn)，大多數(shù)鋰一次電池具有平穩(wěn)的放電曲線。

⑥儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，預(yù)期可達(dá)10年。

鋰離子電池的誕生及其原理

鋰離子電池的研究

因此在鋰原電池的推動(dòng)下，人們幾乎在研究鋰原電池的同時(shí)就開始可充放電鋰二次電池的研究。隨著人口的日益增加，截至2006年2月25日，全球人口已經(jīng)達(dá)到了65億，估計(jì)到2012年10月18日將達(dá)到70億，而地球資源有限，因此迫使人們提高對(duì)資源的利用率，而采用充電電池是有效途徑之一，從而推動(dòng)了鋰二次電池的研究和發(fā)展。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，鉛、鎘等有毒金屬的使用日益受到限制，因此需要尋找新的可替代傳統(tǒng)鉛酸電池和鎳鎘電池的可充電電池。鋰二次電池自然成為有力的候選者之。電子技術(shù)的不斷發(fā)展推動(dòng)了各種電子產(chǎn)品向小型化發(fā)展，如便攜電話、微型相機(jī)、筆記本電腦等的推廣普及，而小型化發(fā)展必須伴隨著電源的小型化。傳統(tǒng)鉛酸電池等的容量不高，因此也必須尋找新的電池體系。鋰原電他的優(yōu)點(diǎn)使鋰二次電池成為強(qiáng)有力的候選者。

鋰離子電池的成長(zhǎng)

在20世紀(jì)80年代未以前，人們主要集中在阻金屬鋰及極其合金為負(fù)極的鋰二次電池體系。但是在充電的時(shí)候，由于金屬鋰電極表現(xiàn)的不均勻（凹凸不平）導(dǎo)數(shù)表而電位分布不均勻，從而造成鋰不均勻沉積。該不均勻沉積過(guò)程導(dǎo)致鋰在一些部位沉積過(guò)快，產(chǎn)生樹枝一樣的結(jié)晶（枝晶）。當(dāng)枝晶發(fā)展到一定程度時(shí)，一方面會(huì)發(fā)生折斷，產(chǎn)生‘死鋰”造成小可逆的鋰；另一方面更嚴(yán)重的是，枝晶穿過(guò)隔膜，將正極與負(fù)極連接起來(lái)，結(jié)果產(chǎn)生短路，生成大量的熱，使電池著火，甚至發(fā)生爆炸，從而帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。其中具有代表性的是20世紀(jì)70年代末Exxon公司研究的Li//TiS2體系。盡管Exxon公司未能將該鋰二次電池體系實(shí)現(xiàn)商品化，但是它大大推動(dòng)了鋰二次電池的研究和發(fā)展。后來(lái)加拿大成立MoLi公司該公司的正極材料為MoS2．負(fù)極為金屬鋰，盡管該公司初期取得良好的經(jīng)濟(jì)教益，但是1989年的起爆炸事件導(dǎo)致該公司破產(chǎn)，后來(lái)被日本企業(yè)收購(gòu)。這些公司之所以沒(méi)有能夠取得根本性的市場(chǎng)勝利，是由于沒(méi)有根本解決以金屬鋰或其合金為負(fù)極的鋰二次電池的循環(huán)壽命和安全問(wèn)題，因?yàn)棰偃缟纤觯诔潆娺^(guò)程中，鋰的表而水司能非常均勻，因此不可能從根本上解決枝晶的生長(zhǎng)問(wèn)題，從而不能從根本解決安全陷患；②金屬鋰比較活潑，很容易與非水液體電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生高壓，造成危險(xiǎn)。

鋰離子電池逐漸成型

1980年，Goodenough等提出以氧化鈷鋰(LiCoO2)為正極材料的鋰充電電池，揭開鋰離子電池的雛形。1985年發(fā)現(xiàn)碳材料可以作為鋰充電電池的負(fù)極材料，發(fā)明了鋰離子電池1986年完成了鋰離子電池的原形設(shè)計(jì)，20世紀(jì)80年代末、90年代初。MOIi公司和Sony公司發(fā)現(xiàn)用具有石墨結(jié)構(gòu)的碳材料取代金屬鋰負(fù)極，正極則采用鋰與過(guò)渡金屬的復(fù)合氧化物如氧化鈷鋰(LiCoO2)。這樣構(gòu)成的充電電池體系可以成功地解缺以金屬鋰或其合金為負(fù)極的鋰二次電池存在的安全隱患，并且在能量密度上高于以前的充放電電池。同時(shí)由于金屬鋰與石墨化碳材料形成的插入化合物(intercalationcompound)LiC6的電位與金屬鋰的電位相差小到0.5V。電壓損失不大。在充電過(guò)程中，鋰插入到石墨的層狀結(jié)構(gòu)中，放電時(shí)從層狀結(jié)構(gòu)中跑，該過(guò)程可逆性很好，組成的鋰二次電池體系循環(huán)性能非常優(yōu)良。另外，碳材料便宜，沒(méi)有毒性，目處于放電狀忐“在空氣中比較穩(wěn)定避免活潑金屬鋰的使爪和枝晶的產(chǎn)生，明顯改善了循環(huán)壽命從根本上解決了安全問(wèn)題。因此在1991年，該一次電池就實(shí)現(xiàn)了商品化。

鋰離子電池的命名

按照經(jīng)典的電化學(xué)命名規(guī)則，充電電池的命名應(yīng)該是正極在前、負(fù)極在后，這樣該電池體系應(yīng)該命名為“氧化鉆鋰-石墨充電電池”。但是這對(duì)于普通老白姓而言，不容易記，因此應(yīng)該有個(gè)簡(jiǎn)單的名字。由于充放電過(guò)程是通過(guò)鋰離子的移動(dòng)實(shí)璣的，日本人便蚍此為理由，命名為“l(fā)ithiumionbattcrv”，因此我國(guó)便將其稱為“鋰離子電池”。對(duì)于該電池體系的命名而言，不應(yīng)該求全責(zé)備，因?yàn)閱螐拿稚喜豢赡軐?duì)其性質(zhì)有所了解，但是該命名從另外一種意義上反映了知識(shí)的原刨性。在中國(guó)，電池界和普通老百姓更是將“鋰離于電池”簡(jiǎn)稱為“鋰電”。

鋰離子電池的充放電原理（以石墨為負(fù)極、層狀復(fù)合氧化物為正極為例）也可以簡(jiǎn)示如圖1-1。

鋰離子電池的誕生及其原理

上市采用過(guò)程

在正極中(以LiCoOo2為例），Li+和Co3+各自位于立方緊密堆積氧層中交替的八面體位置，充電時(shí)，鋰離子從八面體位置發(fā)生脫嵌，釋放一個(gè)電子。Co3+氧化為Co4+；放電刊，鋰離于嵌入到八面體位置，得到個(gè)電子。Co4+還原為Co3+。而在負(fù)極中，鋰插入到石墨結(jié)構(gòu)中后，石墨結(jié)構(gòu)與此同剛得到一個(gè)電子，電子位于石墨的墨片（graphene）分子平面上，與鋰離子之間發(fā)生一定的靜電作用，因此鋰在負(fù)極中的原子大小比在正極中要大，在多種有關(guān)鋰離子電池工作原理示意圖中，圖1-1也可以作為一個(gè)比較客觀的簡(jiǎn)單示意圖：在“鋰離子電池”命名以前，也有人將該種類型的鋰二次電池稱為‘搖椅電池”認(rèn)為鋰在正極和負(fù)極之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，事實(shí)上，該稱呼只是一種形象的說(shuō)明，而不是真實(shí)的反映，因此該稱呼在1994年以后就基本上市采用了。

目前的手機(jī)基本上所配電池都是鋰離子電池，所以下面所講的是針對(duì)鋰離子電池的充電知識(shí)。鎳氫電池有所不同，這里不談。

1、鋰離子電池標(biāo)稱電壓3.7V(3.6V),充電截止電壓4.2V(4.1V,根據(jù)電芯的廠牌有不同的設(shè)計(jì))。(鋰離子電芯規(guī)范的說(shuō)法是：鋰離子二次電池)

2、對(duì)鋰離子電池充電要求(GB/T182872000規(guī)范)：首先恒流充電，即電流一定，而電池電壓隨著充電過(guò)程逐步升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V(4.1V),改恒流充電為恒壓充電，即電壓一定，電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過(guò)程的繼續(xù)逐步減小，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止。(C是以電池標(biāo)稱容量對(duì)照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA，注意是mA而不是mAh，0.01C就是10mA。)當(dāng)然，規(guī)范的表示方式是0.01C5A,我這里簡(jiǎn)化了。

3、為什么認(rèn)為0.01C為充電結(jié)束：這是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18287-2000所規(guī)定的，也是討論得出的。以前大家普遍以20mA為結(jié)束，郵電部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T998-1999也是這樣規(guī)定的，即不管電池容量多大，停止電流都是20mA。國(guó)標(biāo)規(guī)定的0.01C有助于充電更飽滿，對(duì)廠家一方通過(guò)鑒定有利。另外，國(guó)標(biāo)規(guī)定了充電時(shí)間不超過(guò)8小時(shí)，就是說(shuō)即使還沒(méi)有達(dá)到0.01C,8小時(shí)到了，也認(rèn)為充電結(jié)束。(質(zhì)量沒(méi)問(wèn)題的電池，都應(yīng)在8小時(shí)內(nèi)達(dá)到0.01C,質(zhì)量不好的電池，等下去也無(wú)意義)

4、怎樣區(qū)別電池是4.1V還是4.2V：消費(fèi)者是無(wú)法區(qū)分的，這要看電芯生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品規(guī)格書。有些牌子的電芯是4.1V和4.2V通用的，比如A&TB(東芝)，國(guó)內(nèi)廠家基本是4.2V,但也有例外，比如天津力神是4.1V(但目前也是按4.2V了)。

5、把4.1V的電芯充電到4.2V會(huì)怎么樣：會(huì)使電池容量提高，感覺很好用，待機(jī)時(shí)間增加，但會(huì)減短電池的使用壽命。比如原來(lái)500次，減少到300次。同樣道理，把4.2V的電芯過(guò)充，也會(huì)減短壽命。鋰離子電芯是很嬌嫩的。