锂电池小论文

天平学院

论文题目：锂电池

姓名：庄国强

学号：1130109107

班级：1班

年级：2011 级

专业：应用化学

指导教师：刘成宝

完成时间：2014年4月10日

摘要：锂是高能电池理想的负极活性物质，因为它具有最负的标准电极电势，相当低的电化学当量。锂电池具有电压高、比能量高、比功率大、寿命长、轻的特点。

锂十分活泼，通采用有机溶剂或非水无机溶剂电解液制成锂非水电池、用熔融盐制成锂熔融盐电池和用固体电解质制成锂固体电解质电池。

子信息时代使对移动电源的需求快速增长，锂离子电池经过将近二十年的发展，已经成为一种相对成熟的技术，由于它具有体积小、重量轻、高储能、循环寿命长等特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有非常广阔的应用前景。

本文主要阐述了锂电池的发展历程、它的原理以及前景和应用。

关键词：锂电池、优缺点、性能、应用、前景

正文：一.电池的发展过程以及我国电池的发展简史

电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。

随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。

对于我国目前的电池工业而言，存在的主要问题是环境污染和资源浪费严重。对于

环境污染而言，由于我国电池工业的自动化、机械化程度不高，很多企业多为手工操作，导致生产过程中污染很大，对工人身体危害大。干电池行业曾被人戏称为“污染企业”，“黑工业”。这些污染物主要有MnO2粉、HgO、沥青烟、烟雾、石蜡烟气等。其中汞是最受关注的、有剧毒的重金属，极微量的汞对人体有很大毒性。目前发达国家已宣布自1994年起禁止有汞电池的生产和进口。目前我国多数厂家仍然生产有汞电池。铅酸电池行业的主要污染物有Pb、Pbo粉尘、酸雾及废酸等。铅也是毒性较大的重金属，慢性铅中毒主要表现在神经系统受损、肾功能障碍和贫血等。Cd-Ni电池所用原料多为粉状，也存在粉尘污染问题；而且Cd的毒性较大，可以积累在肾脏和骨骼中，引起肾功能失调。另外，骨骼中钙被镉取代，使骨骼软化，疼痛难忍。此外，碱雾、废酸也是重要的污染物。锌锰干电池经常会出现铜绿、冒浆现象，总有一些MH-Ni电池在使用中会出现喷碱或爆裂现象。铅酸蓄电池仍有较大比例为老式开口电池，使用中仍有冒气冒酸现象。废旧电池的大量弃用浪费了大量的有用材料。例如对于干电池的银电池而言，我国基本上未加以回收利用，至于价值低的锌锰干电池利用效果更差。为了减少污染，保护环境，维护生态平衡以及保护地球上的有限资源，应当尽可能扩大资源种类，选用储量丰富的资源以及利用有利于环保的资源。因此，锂离子电池成为我国必须发展的电池品种。

二．锂电池的诞生过程

自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始,锂电池便以其比能量[1]高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用宇军事和民用小型电器中,如移动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等.

锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大（200-450Wh/kg)，可反复充放电（5000次以上），无记忆效应，无污染，工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2，Li—

I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,

便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制文档冲亿季，好礼乐相随mini ipad移动硬盘拍立得百度书包成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和

sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。发展到今天性能有了极大地提高，被广泛适用于手机、电脑等。

三.锂电池的工作原理

锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池.正极采用锂离子化合物

LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解质为溶解有锂盐的LiPF6,LiAsF6等有机溶剂.聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同.只是原来的液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质.而目前主要开发的就是这种.当锂离子电池工作时,它的电化学表达式为：Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)正极反

应:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi+xe 或Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn (-)负极反应:nC+xLi+xe ===LixCn (式中M为Co,Ni,Fe,W等)锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经电解质嵌入正极，从而构成闭合回路。

四.锂电池的应用的及优缺点

锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。

锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是氧化锰锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。

锂离子电池的优点：

（1）能量比比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的6-7倍；