锂离子电池及前沿钠离子电池介绍

一、锂离子电池

是一种二次电池（充电电池），它重要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

（1）正极活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。

（2）隔膜一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。

（3）负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。

（4）有机电解液溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。

（5）电池外壳分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

二、锂离子电池工作原理

锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为摇椅电池。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

一般锂离子电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应要时间。就跟倒啤酒相同，倒太快的话会出现泡沫，反而不满。

三、金属锂离子电池

锂离子电池是用金属锂作为电极的一种储能电池，比能量极高，早期分为一次性电池和可充电锂离子电池，但在可充电锂离子电池发生事故以后，民用市场上已经很少见得到可充电锂离子电池。锂离子充电电池实际上是利用锂离子的浓度差进行储能和放电，电池中不存在金属锂。

金属锂离子电池跟普通干电池的原理相同，它是用金属锂作为电极，通过金属锂的腐蚀或叫氧化来出现电能的，用完就废了，不能充电。

四、锂离子电池缺点

衰老

与其它充电电池不同，锂离子电池的容量会缓慢衰退，与使用次数有关，也与温度有关。这种衰退的现象可以用容量减小表示，也可以用内阻升高表示。

回收率

大约有1%的出厂新品因种种原因要回收。

不耐受过充

过充电时，过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中，无法再释放，可导致电池寿命短。

不耐受过放

过放电时，电极脱嵌过多锂离子，可导致晶格坍塌，从而缩短寿命。

五、金属锂离子电池和锂离子电池差别

最重要的差别是金属锂离子电池是一次性电池，锂离子电池是可充电循环电池！金属锂离子电池跟普通干电池的原理相同，它是用金属锂作为电极，通过金属锂的腐蚀或叫氧化来出现电能的，用完就废了，不能充电；锂离子电池一般用钴酸锂做正极，碳做负极，中间填充电解液以形成离子游离的通道，用隔膜来分离正负极防止短路。当充电时由于电场用途锂离子从钴酸锂中游出，游离在电液中穿过隔膜中的孔隙，到达负极与碳反应生成碳化锂；放电过程与此相反，锂离子又回到正极，这就是锂离子电池的充放电过程。

六、有关电池的几个概念

1、集流体

顾名思义就是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上重要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。其功用重要是将电池活性物质出现的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。

2、非水电解液材料

混合溶剂的各项性质均优于单一溶剂，以EC:PC（1:1）最为突出，而NaClO4/NaPF6-EC:PC（1:1）电解质体系在各项测试中都表现出优异的性能。作为一种有效的锂离子电池电解液添加剂，氟代碳酸乙烯酯（FEC）也被证实作为钠离子电池非水电解液的添加剂能够有效地获得提升的电池电化学性能。