鋰離子電池的具體解析

鋰離子電池的具體解析

1、鋰電池
鋰電池目前由液態鋰電池(LIB)和聚合物鋰電池(pLB)兩類。其中，液態鋰電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極采用鋰化合物LiCoO2或LiMn2O4，負極采用鋰-碳層間化合物。鋰電池由于工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環壽命長，是21世紀發展的理想能源。
2、鋰電池發展簡史
鋰離子電池和鋰電池是20世紀開發成功的新型高能電池。這種電池的負極是金屬鋰，正極用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代進入實用化。因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優勢，已廣泛使用于軍事和民用小型電器中，如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等、部分代替了傳統電池。
3、鋰電池發展前景
鋰電池以其特有的性能優點已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍使用。目前開發的大容量鋰電池已在電動車中開始試用，預計將成為21世紀電動車的主要動力電源之一，并將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到使用。
4、電池的基本性能
(1)電池的開路電壓
(2)電池的內阻
(3)電池的工作電壓
(4)充電電壓
充電電壓是指二次電池在充電時，外電源加在電池兩端的電壓。充電的基本辦法有恒電流充電和恒電壓充電。一般采用恒電流充電，其特點時在充電過程中充電電流恒定不變。隨著充電的進行，活性物質被恢復，電極反應面積不斷縮小，電機的極化逐漸增高。
(5)電池容量
電池容量是指從電池獲得電量的量，常用C表示，單位常用Ah或mAh表示。容量是電池電性能的緊要指標。電池的容量通常分為理論容量、實際容量和額定容量。
電池容量由電極的容量決定，若電極的容量不等，電池的容量取決于容量小的那個電極，但決不是正負極容量之和。
(6)電池的貯存性能和壽命
化學電源的主要特點之一是在使用時能夠放出電能，不用時能貯存電能。所謂貯存性能對于二次電池來說為充電保持能力。
對于二次電池，使用壽命時掂量電池性能好壞的一個緊要參數。二次電池經過一次充電和放電，稱為一個周期（或已此循環）。在一定的充放電制度下，電池容量達到某一規定值之前電池能經受的充放電次數稱為二次電池的使用周期。鋰電池具有優良的貯存性能和長的循環壽命。

鋰離子電池-特征
A.高能量密度
鋰電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的40-50%，鎳氫的20-30%。
B.高電壓
一個鋰電池單體的工作電壓為3.7V(均勻值)，相當于三個串聯的鎳鎘或鎳氫電池。
C.無污染
鋰電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類的有害金屬物質。
D.不含金屬鋰
鋰電池不含金屬鋰，因而不受飛機運輸關于禁止在客機攜帶鋰離子電池等規定的限制。
E.循環壽命高
在正常條件下，鋰電池的充放電周期可超過500次。
F.無記憶效應
記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環過程中，電池的容量減少的現象。鋰電池不存在這種效應。
G.快速充電
使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器可以使鋰電池在一至兩個小時內得到滿充。

鋰離子電池-鋰離子電池原理和結構
1、鋰電池的結構與工作原理：所謂鋰電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉移來完成電池充放電工作的，神奇機理的鋰電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。以LiCoO2為例：⑴電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態，一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFepO4。⑵為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復合氧化物SnBxpyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

2、電池一般包括：正極（posiTIve）、負極（negaTIve）、電解質（electrolyte）、隔膜（separator）、正極引線（posiTIvelead）、負極引線（negaTIveplate）、中心端子、絕緣材料（insulator）、安全閥（safetyvent）、密封圈（gasket）、pTC（正溫度控制端子）、電池殼。一般大家較關心正極、負極、電解質。

鋰離子電池-離子電池結構比較
按正極材料不同分為鐵鋰、鈷鋰、錳鋰等；

從外形分類一般分圓柱形和方形，而聚合物鋰離子還可制成任意形狀；

依據鋰電池所用電解質材料不同，鋰電池可以分為液態鋰電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和固態鋰電池兩大類，聚合物鋰電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為pLIB)屬于固態鋰電池中的一種。

電解質殼體/包裝隔膜集流體
液態鋰電池液態不銹鋼、鋁25μpE銅箔和鋁箔
聚合物鋰電池膠體聚合物鋁/pp復合膜沒有隔膜或個μpE銅箔和鋁箔

鋰離子電池-鋰電池的性能
１、高能量密度

與同等容量的ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ電池相比，鋰電池的重量輕，其體積比能量是這兩類電池的１.５～２倍。

２、高電壓

鋰電池使用高電負性的含元素鋰電極，使其端電壓高達３.７Ｖ，這一電壓是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ電池電壓的３倍。

３、無污染，環保型

４、循環壽命長

壽命超過５００次

５、高負載能力

鋰電池可以大電流連續放電，從而使這種電池可被使用于攝象機、手提電腦等大功率用電器上。

６、優良的安全性

由于使用優良的負極材料，克服了電池充電過程中鋰枝晶的生長問題，使得鋰電池的安全性大大提高。同時采用特殊的可恢復配件，保證了電池在使用過程中的安全性。

鋰離子電池-使用
隨著二十世紀微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰離子電池隨之進入了大規模的實用階段。

最早得以使用于心臟起搏器中。由于鋰離子電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。

鋰離子電池一般有高于3.0伏的標稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計算機，計算器，照相機、手表中。

使用舉例
1、作電池包維修代換品有許多電池包：如筆記本電腦上用的那種，經維修發現，此電池包損壞時僅是個別電池有問題。可以選用適宜的單節鋰離子電池進行更換。

2、制作高亮微型電筒筆者曾用單節3.6V1.6AH鋰離子電池配合一個白色超高亮度發光管做成一只微型電筒，使用方便，小巧美觀。而且由于電池容量大，均勻每晚使用半小時，至今已用兩個多月仍無需充電。

3、代替3V電源
由于單節鋰離子電池電壓為3.6V。因此僅需一節鋰離子電池便可代替兩節一般電池，給收音機、隨身聽、照相機等小家電產品供電，不僅重量輕，而且連續使用時間長。

鋰離子電池-工藝
保護電路
由兩個場效應管和專用保護集成塊S--8232組成，過充電控制管FET2和過放電控制管FET1串聯于電路，由保護IC監視電池電壓并進行控制，當電池電壓上升至4.2V時，過充電保護管FET1截止，停止充電。為戒備誤動作，一般在外電路加有延時電容。當電池處于放電狀態下，電池電壓降至2.55V時，過放電控制管FET1截止，停止向負載供電。過電流保護是在當負載上有較大電流流過時，控制FET1使其截止，停止向負載放電，目的是為了保護電池和場效應管。過電流測試是利用場效應管的導通電阻作為測試電阻，監視它的電壓降，當電壓降超過設定值時就停止放電。在電路中一般還加有延時電路，以區分浪涌電流和短路電流。該電路功能完善，性能可靠，但專業性強，且專用集成塊不易購買，業余愛好者不易仿制。

充電電路
今朝有不少商家出售不帶充電板的單節鋰離子電池。其性能優越，價格低廉，可用于自制產品及鋰離子電池包的維修代換，因而深受廣大電子愛好者喜愛。有興致的讀者可參照圖二制作一塊充電板。其原理是：采用恒定電壓給電池充電，確保不會過充。輸入直流電壓高于所充電池電壓3伏即可。R1、Q1、W1、TL431組成精密可調穩壓電路，Q2、W2、R2構成可調恒流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池洋溢后R4上的壓降將降低，從而使Q3截止，LED將熄滅，為保證電池能夠充分，請在指示燈熄滅后持續充1—2小時。使用時請給Q2、Q3裝上適宜的散熱器。本電路的優勢是：制作簡單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，并且不會損壞電池．通過改變W1可以對多節串聯鋰離子電池充電，改變W２可以對充電電流進行大范圍調節。缺點是：無過放電控制電路。

鋰離子電池-總結
由于聚合物鋰電池使用了膠體電解質不會象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會萌生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰電池還可以采用高分子作正極材料，其質量比能量將會比目前的液態鋰電池提高50％以上。此外,聚合物鋰電池在工作電壓、充放電循環壽命等方面都比液態鋰電池有所提高。基于以上優勢，聚合物鋰電池被譽為下一代鋰電池。

鋰電池內部成螺旋型結構，正極與負極之間由一層具有許多纖細小孔的薄膜紙隔開。鋰電池的正極采用鈷酸鋰，正極集流體是鋁箔；負極采用碳，負極集流體是銅箔，鋰電池的電解液是溶解了LipF6的有機體。鋰電池蓋帽上有防爆孔，在內部壓力過大的情況下，防爆孔會自動打開泄壓，以戒備出現爆炸的現象。

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