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锂电池有哪些用途

钜大LARGE  |  点击量:2389次  |  2018年05月20日  

        锂电池的用途非常广泛,有各种移动电子设备,如:手机/平板电脑/笔记本电脑/手电筒/数码相机/数码摄相机/数码产品/LED强光手电筒/激光手电筒/户外照明电筒/工程照明灯具/矿灯/应急灯/电动玩具/游戏机/遥控飞机/电动工具/无绳家用小电器/电动自行车/电动休闲车/便携式音像数码/仪表仪器平衡车,代步车,还可以用在汽车上,如电动汽车、启动电源,还可以用在电力系统的储能上。


  “锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。


  锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。


  锂金属电池:


  锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。


  锂电池基本原理


  锂电池基本原理


  放电反应:Li+MnO2=LiMnO2


  锂离子电池:


  锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。


  充电正极上发生的反应为


  LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)


  充电负极上发生的反应为


  6C+XLi++Xe-=LixC6


  充电电池总反应:LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6


  正极


  正极材料:可选的正极材料很多,主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照:


  LiCoO2


  3.7V


  140mAh/g


  Li2Mn2O4


  4.0V


  100mAh/g


  LiFePO4


  3.3V


  100mAh/g


  Li2FePO4F


  3.6V


  115mAh/g


  正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。充电时:LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时:Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4。


  负极


  负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。


  负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。


  充电时:xLi++xe-+6C→LixC6


  放电时:LixC6→xLi++xe-+6C


  早期研发编辑


  锂电池最早期应用在心脏起搏器中。锂电池的自放电率极低,放电电压平缓等优点,使得植入人体的起搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源。二氧化锰电池,就广泛用于计算器,数码相机、手表中。


  为了开发出性能更优异的品种,人们对各种材料进行了研究,从而制造出前所未有的产品。


  1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化,使人们的移动电话、笔记本、计算器等携带型电子设备的重量和体积大大减小。


  发展进程编辑


  1、1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。


  2、1980年,J.Goodenough发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。


  3、1982年伊利诺伊理工大学(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。


  4、1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。


  5、1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。


  6、1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。


  7、1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料更具优越性,因此已成为当前主流的正极材料。


  随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用,锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用,并在逐步向其他产品应用领域发展。1998年,天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。习惯上,人们把锂离子电池也称为锂电池,但这两种电池是不一样的。锂离子电池已经成为了主流。


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