锂离子电池内部结构及工作原理

最近，锂离子电池以不可思议的速度流行开来。不管是在笔记本电脑，掌上电脑，仍是手机和iPod上，你都能发现它们的存在，而其如此常见的原因在于它是目前现有的电力最足可再充电的电池之一。

最近，锂离子电池也出现在了新闻中，而这是因为这些电池具有偶然迸宣布火花的才能，这并不是很常见，每百万组电池中大约只要两到三组会出现此问题，但是，这一问题发作，便是极端事件。一些情况下，失败率会上升，当这一情况发作时，电池制作商会丢失数百万美元在全世界范围内进行电池召回。

所以，问题在于，是什么使得这些电池如此电力充足如此受欢迎？它们怎么迸出火花？你能采纳什么措施来防范这一问题的发作或是连续电池的运用时间？在这篇文章中，咱们将会回答相关问题，包括上述问题。

锂离子电池受欢迎是因为它们在竞争科技中具有大量重要优势：

·一般，它们比同分量的其他品种的可再充电电池分量上轻很多。锂离子电池的电极由分量轻的锂和碳制成。锂是一种具有高度活性的物质，意味着大量能量能够被贮存在其原子键中，使得锂离子电池能量密度非常之高。直观来说，1千克的锂离子电池能够实践贮存150安时电能，而每千克镍氢电池只能贮存100安时电能，其中只要60至70安时的实践储电量。而铅酸电池每千克只能容纳25安时。运用6千克的铅酸电池才能容纳与1千克的锂离子电池相同的电量，差异之大，清楚明了。

·锂离子电池的荷电坚持才能强。一块锂离子电池每月差不多仅仅自放电5%，而镍氢电池每月的自放电为20%。

·锂离子电池不具有记忆特性，这意味着其不像其他化学电池那样将电全部耗尽后才能充电。

·锂离子电池能够适用数百种充电循环。

但是，锂离子电池并不是完美无瑕的，它们也有自己的缺陷：

·锂离子电池一旦离开工厂就会开端降解，不管是否运用，从制成日期开端计算，它们只能继续两到三年时间。

·锂离子电池关于高温极端灵敏，高温会使电池组以更快的速度降解。

·假如完全耗光锂电池的电，那这块锂电池就没报废了。

·锂离子电池自带计算机来办理电池，这会进一步提高其价格。

·有一个很小的或许性便是：假如锂离子电视损坏，会开释出火花。

经过观察锂电池内部的化学物质，上述很多特征都能比较直观的反映出来。接下来让咱们来看一看。

锂离子电池内部组成

锂离子电池组外部的形状尺度各种各样，但是内部却都是一样的。假如你将笔记本电脑的电池组拆下来的话——咱们不主张这么做，因为这样或许会缩短电池运用寿数和起火——你会发现：

·锂离子电池的形状能够是和五号电池如出一辙样的圆柱形，也能够是正方形或长方形的棱柱形。

·内部计算机，包括：

·至少一个温度传感器监测电池温度

·一个电压变换器和调整电路以坚持电压和电流的安全值

·一个有防护外壳的连接器，用于电池组内的能量与信息的进出传送

·一个电压开关，监测电池组内电池的容量

·一个电池充电状态监测器，即一个小型计算机，对整个充电过程进行办理以确保电池充电尽快充满。

假如电池在充电或运用期间过程，计算机就会关闭电流以冷却电池；假如你将笔记本电脑放在了一个温度过高的车内并试图运用电脑，这个计算时机使得直到设备冷却后才开机；假如电池电量被完全耗尽，因为电池已被损坏，因而无法再运用。计算机还会继续监测充电与耗电循环并宣布讯息，因而，笔记本电脑电池的充放电安时计会告知你电池还剩多少电。

这个小型计算机十分复杂，从电池内部获取能量，而这种能量吸取即是锂电池闲置不用时每月会有5%耗电丢失的仅有原因。

锂离子电池

大多数电池的外壳都是由金属制作而成。因为电池是密封的，此处金属的运用尤其重要。这层金属外壳上有一种压力灵敏通风孔。假如电池过热有受压过大而爆破的风险，这一通风孔会开释额外压力，此后，电池或许不能再运用，因而这一压力开释应该尽量被防止。通风孔只是作为一个安全措施，而防止电池过热的正温度系数开关也是如此。

金属外壳由以下三个薄片限制而成的长螺旋组成：

·一个正极

·一个负极

·一个别离器

在金属外壳内部，以上3个薄片浸泡在作为电解质的溶剂中，一般运用乙醚作为电解液。

别离器是一块非常薄的有微型孔的塑料薄片，正如其名，其将正负极别离开来，只容许离子经过其中。

正极由钴酸锂（LiCoO2）制成，负极由碳制成。电池充电时，锂离子在电解质中移动，由正极通向负极并附着到碳上，放电时，锂离子由碳返回至钴酸锂。

这些锂离子的运动在适当高的电压下进行，每个电池发生3.7伏电压，与一般在超市买到的5号碱性电池的1.5伏比较，要高得多，使得锂电池在一些比如手机之类的小型设备中更兼容。

下面，咱们来看看怎么延长锂电池的寿数，了解为什么它们会爆破。

锂离子电池的运用周期

锂离子电池价格昂贵，所以假如你想要运用时间更长的话，就要将下面这些事铭记在心：

·化学性质上，与深度放电比较，锂离子更倾向于部分放电，所以，不要将锂电池的电完全耗尽。因为锂离子并没有“记忆特性”，部分耗电不会对电池形成损坏。而假如锂离子电池的电压低于特定水平，就不能再运用了。

·锂离子电池的“年龄”。锂离子电池，即使放着不用，一般也只能继续2-3年。所以，别想着把电池放着不用的话电池就能运用5年了，不会的。相同，假如你买了新电池，你会想要它是全新的，假如它已经在商铺的架子上放了1年了，也就不会继续很长时间了。生产日期是很重要的。

·防止高温，会降解电池。

电池爆破

现在，咱们知道了怎么延长锂离子电池的作业时间，接着让咱们看看它们为什么会爆破。

假如电池变得足够热而点燃电解质，就会起火了。网页上有关于这些起火的严重性的视频和图片。CBC的文章“爆破笔记本电脑之夏”介绍了几起此种事故。

此类火灾的发作一般是由电池内部短路引起的。从前述部分咱们知道，锂电池内部有一个将正负极别离开来的别离器。假如别离器有穿孔，正负极触摸在一起，电池会被很快加热。假如你曾将一节9伏电池放在口袋里的话，你或许感触到过这种热度。假如一枚硬币很快经过南北极的话，电池也会很快生热。

别离器的损坏也会引致同种短路在锂电池内部发作。因为锂离子电池能量大，所以会变得非常热。热量使得电池排出作为电解质的有机溶液，热量（或附近的火星）将其引燃——一旦在电池内部发作，火的热量扩散至其他离子，整个电池组都会燃烧。

注意到起火是稀有的这一点是很重要的。当然，只需要几回起火和一些媒体报道，人们就会回想起这一点。