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標題: 鋰離子電池知識薈萃 [打印本頁]

作者: robert7288 時間: 2010-2-24 00:09 標題: 鋰離子電池知識薈萃

鋰離子電池名稱簡介

現已廣泛被大家使用的鋰離子電池是由鋰電池發展而來的。所以在認識鋰離子電池之前，我們先來介紹一下鋰電池。
舉例來講，以前照相機裡用的扣式電池就屬於鋰電池。鋰電池的負極材料是鋰金屬，正極材料是碳材。按照大家習慣上的命名規律，我們稱這種電池為鋰電池。
鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負極材料是碳材。電池通過正極產生的鋰離子在負極碳材中的嵌入與遷出來實現電池的充放電過程，為了區別於傳統意義上的鋰電池，所以人們稱之為鋰離子電池。

　　鋰離子電池的廣泛用途

發展高科技的目的是為了使其更好的服務於人類。鋰離子電池自1990年問世以來，因其卓越的性能得到了迅猛的發展，並廣泛地應用於社會。鋰離子電池以其它電池所不可比擬的優勢迅速佔領了許多領域，像大家熟知的移動電話、筆記本電腦、小型攝像機等等，且越來越多的國家將該電池應用於軍事用途。應用表明，鋰離子電池是一種理想的小型綠色電源。

　　鋰離子電池的主要構成

（1）電池蓋
（2）正極----活性物質為氧化鈷鋰
（3）隔膜----一種特殊的複合膜
（4）負極----活性物質為碳
（5）有機電解液
（6）電池殼

　　鋰離子電池的優越性能

我們經常說的鋰離子電池的優越性是針對於傳統的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來講的。那麼，鋰離子電池究竟好在哪裡呢？
（1）工作電壓高
（2）比能量大
（3）循環壽命長
（4）自放電率低
（5）無記憶效應
（6）無污染

　　以下是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能的對比：
　　

技術參數鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池
工作電壓（V） 1.2 1.2 3.6
重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140
體積比能量(Wh/l) 150 200 300
充放電壽命(次) 500 500 1000
自放電率（%/月） 25-30 30-35 6-9
有無記憶效應有有無
有無污染有無無
（註：充電速率均為1C）

　　鋰離子電池的工作原理

大家都已知道，鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負極是碳。

鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

同樣道理，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。

不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處於從正極 → 負極 → 正極的運動狀態。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。

　　鋰離子電池的組裝過程

鋰離子電池的工藝技術非常嚴格、複雜，這裡只能簡單介紹一下其中的幾個主要工序。

（1）制漿
用專門的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負極活性物質混合，經高速攪拌均勻後，製成漿狀的正負極物質。
（2）塗膜
將製成的漿料均勻地塗覆在金屬箔的表面，烘乾，分別製成正負亟亟片。
（3）裝配
按正極片--隔膜--負極片--隔膜自上而下的順序放好，經捲繞製成電池極芯，再經注入電解液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，製成成品電池。
（4）化成
用專用的電池充放電設備對成品電池進行充放電測試，對每一隻電池都進行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。

　　鋰離子電池的安全特性

鋰離子電池已非常廣泛的應用於人們的日常生活中，所以它的安全性能絕對應該是鋰離子電池的第一項考核指標。對於鋰離子電池安全性能的考核指標，國際上規定了非常嚴格的標準，一隻合格的鋰離子電池在安全性能上應該滿足以下條件。

（1）短路：不起火，不爆炸
（2）過充電：不起火，不爆炸
（3）熱箱試驗：不起火，不爆炸（150℃恆溫10min）
（4）針剌：不爆炸（用3mm釘穿透電池）
（5）平板衝擊：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高處砸向電池）
（6）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池）

　　鋰離子電池安全特性是如何實現的？

為了確保鋰離子電池安全可靠的使用，專家們進行了非常嚴格、周密的電池安全設計，以達到電池安全考核指標。

（1）隔膜135℃自動關斷保護
　　採用國際先進的Celgard2300PE-PP-PE三層複合膜。在電池升溫達到120℃的情況下，複合膜兩側的PE膜孔閉合，電池內阻增大，電池內部升溫減緩，電池升溫達到135℃時，PP膜孔閉合，電池內部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。
（2）向電液中加入添加劑
　　在電池過充，電池電壓高於4.2v的條件下，電液添加劑與電液中其他物質聚合，電池內阻大副增加，電池內部形成大面積斷路，電池不再升溫。
（3）電池蓋復合結構
　　電池蓋採用刻痕防爆結構，電池升溫時，電池內部活化過程中所產生的部分氣體膨脹，電池內壓加大，壓力達到一定程度刻痕破裂、放氣。
（4）各種環境濫用試驗
進行各項濫用試驗，如外部短路、過充、針刺、平板衝擊、焚燒等，考察電池的安全性能。同時對電池進行溫度衝擊試驗和振動、跌落、衝擊等力學性能試驗，考察電池在實際使用環境下的性能情況。

　　鋰離子電池是一種新型綠色環保電池

「愛護環境，保護地球」是我們每一個人義不容辭的責任。如何把我們的環境理念在行動上反應出來呢？

　　作為電池消費者，應該購買、使用新型綠色環保電池；作為電池製造商，應該生產新型綠色環保電池。只有經過大家的共同努力，才能創建、保護我們美麗和諧的自然環境。

新型綠色環保電池是指近年來已投入使用或正在研製開發的一類高性能、無污染的電池。目前已經大量使用的鋰離子電池、金屬氫化物鎳電池和正在推廣使用的無汞鹼性鋅錳電池以及正在研製開發的鋰或鋰離子塑料電池、燃料電池、電化學貯能超級電容器都屬於新型綠色環保電池的範疇。此外，目前已廣泛應用的利用太陽能進行光電轉換的太陽電池（又稱光伏發電），也屬於這一範疇。

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