锂电池的原理和应用

锂电池的原理和应用
一、锂电池的发展简介
■20世纪70年代末，以金属锂为负极，氧化钼、氧化钒为正极的锂蓄电池以研发成功；
■80年代中后期，以共聚水解乙烯（peo)等导电聚合物为电解质膜的锂二次电池也研发顺利。

但由于安全可靠性及电压体系等种种原因没能资金投入商业市场；■1991年日本索尼公司首次面世的以碳材为负极，以钴酸锂材料为负极的二次锂电池。

由于他存有金属锂，沦为锂离子电池，顺利的化解的锂电池的安全可靠性问题，立即的被市场拒绝接受并
沦为笔记本和手机等it产业的电池。

初期的锂离子代表的产品存有18650圆柱型电池，
标称容量为1800mah；
■90年代中后期，手机采用3.6v系统，并且已经实现了小型化。

要求减少电池的厚
度和体积，出现了方形电池。

电池厚度变化从10mm减薄至5mm。

现在已经有3.5mm的铝壳手机问世；
■1999年，日本索尼等四家公司几乎同时面世用铝塑薄膜最为外壳外包装的聚合物锂离子电池。

当时电池尺寸为305062，容量为550mah。

经过几年的研究，子集物锂离子电
池其厚度可以从1mm至10mm,容量可以从40mah至5000mah;■方形聚合物锂离子电池在2000年已经开始发生批量生产，初期年产量为1100万颗，预计至2021年的年产量可以达至2.3亿万颗，年均增长率为79%，预计液态锂离子电池的年产量为5亿只。

电池尺寸厚
度变厚同时电池重量比能量也大幅度快速增长，从130wh/kg减少至150wh/kg;现在世界上的聚合物锂离子电池的重量比能量已提高至180wh/kg左右的水平，比液态锂离子电池高
于10%以上。

二、锂离子电池的工作原理及其结构
锂离子电池实际上就是一种锂离子浓差电池，正负电极由两种相同的锂离子内嵌化合
物共同组成。

电池时，li+从负极脱嵌经过电解质内嵌负极，负极处在富锂态，负极处在
贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给至碳负极，确保负极的电荷平衡。

振动时则恰
好相反，li+从负极脱嵌，经过电解质内嵌负极，负极处在富锂态。

在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间内嵌和跳离，通常只引发层面间的距
变化，不毁坏晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本维持不变。

因此，从
充放电的可逆性来看，锂离子电池反应就是一种理想的可逆性反应。

2、锂离子电池结构：
■负极：预先锂化的过渡阶段金属氧化物，例如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等■负极：
具备特定结构的碳材，例如硬碳，软碳石墨和石墨化碳纤维等
■电解液：有机溶剂和锂盐的溶液，例如pc（碳酸丙稀酯）、ec（碳酸乙烯酯）、dmc（二甲基碳酸）、dec（二乙基碳酸）、1mlipf6电导率为6.79ms/cm,水含量为ppm.hf 量8ppm
■隔膜：多孔聚丙烯（pp）或聚乙烯（pe）膜
■包装材料：铝塑复合膜
三、锂离子电池性能
1、开路电压：电池与外电路没有接通时，即没有电流流过电极之间的电位差，等于
正极电位和负极电位之间的差值。

如锂离子电池的开路电压为 4.1v，铅酸蓄电池为 2.1v。

2、工作电压：又称振动电压或功率电压，就是指电池对外输入电流时，电池两极间
的电位差。

工作电压总是高于开路电压。

3、终止电压：电压充放电时，电压上升或下降到某数值时，电池不宜在继续充电或
放点的工作电压。

一般在充电时。

终止电压为4.2v，放电时为3.0v或
电池容量就是电池对用电器输入的电量。

单位为mah或ah。

容量大小就是由正负极中活性物质的数量去同意的。

1、额定容量：在设计和制造电池时，规定电池在一定放电电条件下应该放出的最低
限度的电量。

2、比容量：为了对相同的电池展开比较，导入比容量概念。

比容量就是指单位质量
或单位体积电池所得出额容量，沦为质量比容量或体积比容量。

3、影响电池容量的因素：
a、电池的振动速度（通常以电流强度ma去则表示）：电流越大输入容量增加；
b、电池的放电温度：温度降低，输出容量减小
c、电池振动中止电压：就是由用电器和电池反应本身的限量去预设的，比如：电池时，中止电压为4.2v，振动时为3.0v或2.75v。

d、电池的贮存时间：电池经过长时间贮存后，电池的放电容量会相应减少。

电池内阻包含欧姆电阻（rω）和电极在电化学反应时所整体表现的极化电阻（rf)。

欧姆电阻、极化电阻之和为电池的内阻（ri)。

欧姆电阻由电极材料、电解液、外木电阻
及各部分零件的碰触电阻共同组成。

隔膜电阻就是当电流穿过电解液时，隔膜有效率微孔
中电解液所产生的电阻（rm）。

（四）、能量和比能量
电池在一定条件下对外作功所输入的的电能叫做电池的能量，单位通常用wh则表示。

电池的放电过程处于平衡状态，放电电压保持电动势（e）数值，且活性物质利用率
为100%，在此条件下电池的输出能量为理论能量（w0),即可逆电池在恒温恒压下所做的最大膨胀功（w0=c0e）。

电池振动时实际输入的能量沦为实际能量
单位质量和单位体积的电池所给出的能量，称质量比能量或体积比能量，也称能量密度。

比能量的单位为wh/kg或wh/l.
四、锂电池的应用领域
■聚合物锂离子电池的典型应用主要有移动电话、笔记本电脑、手持电脑、个人数学
助理（pda）、mp3、智能卡、手表、耳机、dvd和vcd播放器、hevs等。

五、国内外锂离子电池生产情况
近年来，随着电子产品向小型化、微型化的迅速发展，对电池产品提出了更高的要求。

由于锂离子电池优良的综合性能适应了这种要求，所有锂离子电池的增长势头非常迅猛。

从世界范围来说，主要的发达国家都在生产和压法新型锂离子电池，其中日本占到主
要地位。

近几年来中国锂离子电池发展也异常快速，年产量已经少于了一亿颗以上，再过
几年就就可能将少于日本，沦为锂离子电池生产大国。