锂离子电池简介及主要
应用
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锂离子电池简介
使用煤炭，石油和天然气的很长一段时间以来，都是以化石燃料为主要能源，这样的能源结构，使得环境污染严重，并且由此导致的全球变暖问题和生态环境恶化问题受到越来越多的关注。所以，可再生能源和新能源的发展成为在未来技术领域和未来经济世界的一个最具有决定性的影响。锂离子电池作为一种新的二次清洁，且可再生能源，其具有工作电压高，质量轻，能量密度大等优点，在电动工具，数码相机，手机，笔记本电脑等领域得到了广泛的应用，并且显示出强大的发展趋势。
锂离子电池的发展历史
第二十世纪六十、七十年代，几乎在锂电池是发明的同时，研究发现许多插层化合物可以与金属锂的可逆反应，构成锂电池[1]。早在第二十世纪七十年代提出了分层组织作为阴极的斯梯尔最有代表性的一种，金属锂作为阳极的Li-TiS2系统。
1976年Whittingham证实了系统的可靠性。随后，埃克森公司的Li-TiS2系统进行深入研究，并希望其商业化。但是，系统很快就暴露出许多致命的缺陷。首先，活性金属锂容易导致有机电解液的分解，导致电池内部压力。由于锂电极表面的表面电位分布不均匀，在锂金属的电荷将在锂沉积的阴极，产生锂“枝晶”。一方面会造成可逆嵌锂容量损失，另一方面，枝晶可以穿透隔膜和负极连接，造成电池内部短路，瞬间吸收大量的热，发生爆炸，导致严重的安全隐患。这一系列因素导致金属锂电池的循环性能和安全两差异，所以Li-TiS2系统未能实现商业化。
1980，阿尔芒首次提出摇椅电池的想法。使用低锂嵌入化合物锂化合物代替金属锂作为阳极，采用高嵌锂电位嵌锂化合物作正极。同年，在美国德州大学Goodenough教授的国家提出了一系列的锂过渡金属氧化物LixMO2（M=Co 、Ni或Mn)为两电池正极材料锂。
1987，奥邦成功组装了浓差电池MO2 (WO2)/LiPF6-PC/LiCoO2和证明“摇椅电池”的想法的可行性，但由于负电极材料形成LiMoO2 CLiWO2嵌入电位高 V Li+)嵌锂容量较低，并没有显示高电压的锂离子二次电池的优点，比容量高。
1987，日本的索尼公司使用锂嵌入焦炭(LiXC6)取代锂金属作为阳极，通过
LixC6/LiC1O4+PC+EC/Li1-XMO2(M=Co, Ni, Mn)的电池系统，是可逆的嵌脱锂的碳材料为负极，同时保持高电压比在同一时间的能量，成功地解决了锂离子二次电池的循环寿命低的缺点，安全性能差。
纯锂离子电池的研究起步于80年代后期的1989，在第二十世纪，日本nagoura等人。发展到锂离子电池的两倍阳极石油焦为正极、锂离子钴作为阴极。在同一年，公司正式推出市场的市场结构为C(焦炭)/LiPF6+PC+DEC/LiCoO2的第一代商用锂离子电池，并首次利用锂离子电池的概念。此后，在锂离子电池材料研究的不断深入和系统的研究，1997，索尼公司将石默坐正极的锂离子电池的商业化。由于锂离子电池的快速发展时代的到来，目前已在相机、手机、笔记本电脑、电动工具等小型二次电池市场占有最大份额，也在近几年电动汽车锂离子电池也得到了快速的发展。
在电池的发展史上，你可以看到这个世界电池工业的发展的三个特点，一是绿色环保电池的快速发展，包括锂离子电池，镍氢电池等；二是电池的转换，这是一个可持续发展策略；第三是光电池，进一步向小，薄的方向发展。在电池的商业化中，锂离子电池的比例是最高的，特别是聚合物锂离子电池，可实现薄形的充电电池。由于锂离子电池的体积小，能量高，质量轻，并且可以充电，无污染，具有电池行业的发展的三个主要特点，所以它在发达国家迅速增长。近年来，电子信息市场的发展，特别是移动电话和笔记本电脑的使用，为锂离子电池带来更多的市场机会。由于锂离子电池具有安全的独特优势，它将逐步取代传统电池成为主流。聚合物锂离子电池被称为二十一世纪的电池，这是一个锂离子电池的新时代，其发展前景非常乐观。
锂离子电池的组成
锂离子电池是由四部分组成，正极材料，正极材料，隔膜和电解液等。正极材料为锂离子电池提供锂离子,常见的有锰酸锂、钴酸锂和镍钴锰酸锂材料；负极材料在锂离子电池中的主要作用是储存锂离子，在电池的充放电中，实现锂离子的嵌入和脱嵌，主要是石墨；隔膜在锂离子电池中的作用是阻止电子在正负极之间自由穿梭，但是电解液中的离子可以自由通过，常见的材料为单层PP膜、PE膜以及PP/PE/PP三层复合膜[2]，电解质在锂离子电池正负极之间的离子传导，目前使用最广泛的电解质LiPF6。
锂离子电池的工作原理
锂离子电池的工作原锂不同于一般电池的氧化-还原过程，而是Li+的嵌入-脱嵌过程，即锂离子可以可逆的从主体材料中嵌入或脱出。在充电和放电的两个阶段，Li+在正负两个不同电极间来回嵌入和脱嵌:充电池时，Li+先从正极实现脱嵌，通过电解质到达负极，在负极嵌入，此时，锂离子电池的负极实现富锂的状态;放电时的过程与充电时互为逆过程。锂离子电池的正极材料由一种嵌锂式化合物组成，如果有外界电场，正极材料中的
Li+可以在电场的作用下从晶格中实现脱出和嵌入。
以LiCoO2为例，其电极与电池反应如下：
正极: LiCoO2 → xLi+ + Li1-xCoO2 + xe- (1)
负极: xe- + xLi+ + 6C → LixC6 (2)
电池: LiCoO2 + 6C Li1-xCoO2 + LixC6 (3)
锂离子电池的优缺点
1) 锂离子电池的优点[5]
（1）高电压开路电压通常为 V，而镍氢电池和镍镉电池开路功率仅为 V.
（2）大容量，高能量和高储能密度，锂电池的核心价值，在相同的输出功率，对锂离子电池不仅比镍氢电池轻一半的重量，体积小20%。
（3）生命周期：锂离子电池的循环寿命很长，一般为1000倍，而镍氢和镍镉电池一般只有500次。
（4）放电率：锂离子电池充电快，只有1-2个小时的时间可以充电，达到最佳状态。同时，锂离子电池泄漏是不可多得的。而锂离子电池自放电率低，低于10%/月，远低20%的镍镉电池和镍氢电池30%。
（5）工作温度：锂离子电池的工作温度范围宽，在20℃-60℃温度下都可以使用。
（6）锂离子电池无记忆效应：锂离子电池可以充放电不充分而不降低其容量。
2) 锂离子电池的缺点
（1）锂离子电池的内部阻抗高。由于锂离子电池电解液为有机溶剂，其电导率比镍镉电池的电解质溶液，金属氢化物镍电池要低得多，所以锂离子电池的内部阻抗比镍氢电池和镍镉电池的11倍左右。
（2）工作电压变化较大。对电池放电到额定容量的80%，镍镉电池的电压变化很小（约20%)，锂离子电池电压变化较大（约40%)。这是电池供电的严重缺陷。然而，由于锂离子电池的放电电压高，很容易检测到电池的剩余电量。
（3）电极材料的成本还是比较高的。
（4）对锂离子电池的装配的要求也更加严格，需要低湿度的条件下完成的，电池的结构比较复杂，和特殊的保护电路是需要的。
（5）锂离子电池用有机电解液，使电池有一定的安全隐患的。
锂离子电池的主要应用领域
在第二十个世纪的90年代，主要应用于各种便携式电子产品的锂离子电池，电池与材料性能和设计技术的进步，锂离子电池的应用范围不断扩大。目前，锂离子电池的主要应用在以下领域：
1) 电子产品中的应用
由于能源和重高的体积比能量，锂离子电池可以做的更小，更轻，因此便携式电子产品的品种得到了广泛的应用。手机，数码相机，摄像机，笔记本电脑和掌上游戏机（PSP)的普及，锂离子电池市场一直保持快速增长，并占据了大部分的市场份额。在大电流充放电性能的提高，锂离子电池也将扩大其在无线电话和电动工具领域的分享。
2) 运输车辆上的应用
（1）电动自行车
作为未来城市交通发展的主要模式，公共交通已经得到各界的认可，但“公共交通”总运输只能形成一个广泛的网络，很难满足服务点的不同点。而对于短距离运输电动自行车等方式补充说：“这种缺乏公共交通”。此外，在对中国国情的客观因素来看，电动自行车更优秀很多点和实用性。电动自行车将不在驱动产生污染，电动汽车和电动自行车的工业发展开始符合中国国情的开始。因此，这种自行车制造商的研究和开发，如中国蘑菇生
长。特别是近年来，随着石油资源的短缺和环境污染的加剧。为了解决能源和污染问题，全球开发热潮再次上升，和电动自行车已成为一个新的绿色产业，政府积极推动型。”。（2）电动汽车
替代进口油一举两得锂离子电动汽车的发展，减少温室气体排放。电动汽车的发展，在符合科学发展观，是中国汽车工业的战略机遇，是国家的战略选择“八五”以来，电动汽车被正式的国家重点工程。“十五”和“五一一”电动汽车项目中，被列入“863”12计划重大专项。我国锂离子电池的电动汽车的技术优势和发达的国家，具有资源优势和市场优势。因此，重点研究的焦点，并迅速推动锂离子电池电动汽车的产业化，是中国国情的战略选择，也是确保能源安全的重要途径。
在2008北京奥运会，中国自主研发的50以上的纯电动公交车奇迹般地创造了零锚，零故障记录，对科技奥运全世界解释，绿色奥运的魅力和风格；2010上海世博会将是一个伟大的首次超过1000辆，包括燃烧材料汽车电池，混合电动汽车四种类型，超级电容车和纯电动汽车等新能源汽车。世博会期间，约10000吨，估计节省传统燃料，减少有害气体排放118吨，减少28400吨温室气体的排放。此外，电动汽车充电站和其他相关设施已建成并投入使用，我国电动汽车产业发展日趋成熟。
3) 在航空航天上的应用
2004锂离子电池已用于火星着陆器和火星车。在探索任务未来系列也将使用锂离子电池。此外，美国宇航局的太空探索机构，其他航天机构考虑到锂离子电池在空间任务中的应用。目前，在航空领域的锂离子电池的主要功能是提供用于发射和飞行校正的支持，和地面操作，同时提高电池的效率和支持夜间操作。
4) 在储能装置中的应用
利用峰谷电力监管是一个困难的问题，通常确保高峰用电，需要建设更多的电厂，但这种方式，既增加了投资成本，并在低发电厂需要照常运行，造成了能量的浪费。因此，一些企业投资兴建发电厂跳出来的想法，改变了大中型能源存储设备的采购，低收费，在用电高峰期的储电能，分时收费，形成双赢的局面。作为一种绿色电池，由于高能量密度的锂离子电池，循环性能好，高电荷保持性能，是公认的高容量、高功率电池的理想选择。
专业电子类论文 题目:浅谈锂电池充电电路原理及应用 作者:yyj 职称:自动化工程师 发表期刊号:XXX-XX 浅谈锂电池充电电路原理及应用 现代生活中,科技高速发展,电子产品需求量急升,应用之广，已达到一个新高度。从而对电子产品充电电池的要求，也越来越高。常用的电池有多种，而锂电池占据较大份额。锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池： 锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。 锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但价格较贵。镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境有污染，正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单体电压只有1.2V，因而在使用范围上受到限制。 二、锂电池的特点： 1、具有更高的重量能量比、体积能量比；
2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压； 3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性； 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电； 5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次； 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时； 7、可以随意并联使用； 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池； 9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。 三、锂电池的内部结构： 锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。 四、锂电池的充放电要求： 1、锂电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。
一、锂离子电池简介 锂离子电池是一种二次电池，俗称“锂电”，其发展最早始于十九世纪60~70 年代的世界石油危机时期，在1990年由日本Sony 能源公司和意大利Moli 能源公司率先开发出以碳材料为负极、以钴酸锂为正极的锂离子电池。这种电池分别用能够可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负电极材料，依靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作，因其独特的机理而被形象地称为“摇椅式电池”。 图1 锂离子电池工作原理 为了满足便携电子设备小型化、轻量化发展需求，锂离子电池自大规模商用化以来，凭借其放电电压高、能量密度高和循环寿命长等优势，近年来逐渐取代了铅酸、镍镉、镍氢等传统二次电池，担负着电子设备用小型二次电池的主要角色。随着市场的多元化，使其市场容纳量越来越扩大，而且期待其大规模应用于电动汽车、储能电站等用途方面，其应用领域主要有以下三个方面： (1)便携电源 作为用电器上的便携式电源已被广泛的应用于摄像机、录音机、随身听、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪器、小型医疗仪器、机器人等小型轻量化电子装置以及电动玩具、电动剃须刀、小手电等日用电器中，正在逐步地替代传统电源。这些小型用电器的品种在不断的出现、用户在不断地增加，有专家认为：锂离子电池技术将成为21世纪具有战略意义的军、民两用技术。 (2)动力电源 随着世界能源紧张、传统能源（油、煤）使用所造成的环境污染
加重，而急需“环保型能源”代替；于是，太阳能、风能、潮汐能的开发相继问世，这些清洁能源有一个共同特点，即为其动力来源在时间上不连续，因而必须在其高峰期将所产生的电能储存下来，以便低峰时使用。因此大容量的二次电池便成为清洁能源的重要组件；大容量的二次电池也成为电动汽车的理想动力源，并且在航空、航天、航海中有广泛的用处。 (3)军用电源 战争由机械化→自动化→信息化→向信息中心战的方向发展，军用电源的便携性、功率性能、能量密度、使用寿命、可靠性等方面，是军事通讯设备、观察与侦察设备、制导兵器、军用计算机及模拟演练系统所用电源必须的要求。目前，锂离子电池除了用在军事通讯外，也用在一些武器系统中，如∶美国、德国、英国研制的单兵系统中、日本正在建造电动潜艇中均采用了锂离子电池。 作为军用电池，除其环境适应性有苛刻的要求外，还要有尽可能简单地进行后勤补给。锂离子电池及其向前发展的产品在军事应用方面具有无可比拟的优越性。 图2 全球锂电池产值增长趋势（来源于IIT） 二、锂离子电池正极材料 锂离子电池的输入输出性能主要取决于电池内部材料的结构和 性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正负极材料的选择和质量直接决定了电化学体系特性与电池性能。因此高性能、高安全的正负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料，目前的发展比较成熟。正极材料是锂电池中最为关键的原材料，它决定了电池的安全性能和电池
锂离子电池产业发展白皮书（2017版） 2016年，在电动汽车产量高速增长的带动下，全球及我国锂离子电池产业继续保持快速增长态势，行业创新加速，新产品、新技术不断涌现，各种新电池技术相继问世。作为最大的生产国以及最重要的应用市场，我国在全球锂离子电池产业的地位进一步提升。受益于我国新能源汽车推广应用步伐加快，一批骨干企业快速成长，比亚迪公司锂离子电池产量目前已位居至全球第四。在此形势下，赛迪智库电子信息产业研究所编写了《锂离子电池产业发展白皮书（2017版）》，全面梳理了2016年国内外锂离子电池产业创新进展，介绍了国际巨头和我国骨干企业的发展情况，分析了2016 年我国锂离子电池行业发生的重大事件，并对2017年锂离子电池产业发展趋势进行了研判。全球锂离子电池产业发展状况一、市场规模2016年，全球锂离子电池产业规模预计达到378亿美元，同比增长16%，增速较2015年下滑了15个百分点，原因主要在于全球电动汽车市场增速明显下滑。按容量计算，全球锂离子电池市场规模将首次超过90GWh，同比增长18%。容量增速高于产值增速，原因在于锂离子电池产品价格不断下滑。二、产业结构近两年，电动汽车市场开始爆发性增长，电动自行车占比稳步提升，而全球手机出货量平稳增长，便携式电脑、数码相机等消费电子产品逐步
退出市场，全球锂离子电池市场结构发生显著变化。按容量计算，2016年，消费型锂离子电池占比44.7%，比2015年的50%下降了5个百分点，占比首次跌破50%。动力型锂离子电池占比达到44.8%，首次超过消费型，而2015年动力型锂离子电池占比还只有40%。其他（储能&工业型）锂离子电池占比为10.5%，基本与2015年持平。三、区域分布全球锂离子电池产业主要集中在中、日、韩三国，三者占据了全球97%左右的市场份额。从2015年开始，在中国大力发展新能源汽车的带动下，中国锂离子电池产业规模开始迅猛增长，2015年已经超过韩国、日本跃居至全球首位，2016年领先优势继续扩大。在新能源汽车带动下日本锂离子电池产量加快增长，韩国仍保持稳步增长，但增速放缓导致其占比持续下滑。1、日本：加速增长在全球电动汽车热销的带动下，以松下、汤浅等为代表的日本锂离子电池生产企业继续向动力电池转型，带动日本锂离子电池产业呈现加速增长势头。根据日本经济产业省的统计数据显示，2016年日本国内锂离子电池产量达到12.4亿只，创2010年以来的新高，同比2015年增长了27%。其中，动力型锂离子电池产量占比已经接近2/3，创历年来新高。从产值看，2016年日本国内锂离子电池行业销售产值达到3799亿日元（约230亿元人民币），同比增长11%。2、韩国：平稳增长在经历了2015年的快速增长之后，2016年韩国锂离子电池产业保持稳步增
锂离子电池特性 锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。 锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。 保护措施 锂电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜 纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。 因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。 爆炸类型分析 电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。
东莞市钜大电子有限公司 锂电池特点和结构介绍 笔者：I_know_i_ask 锂离子电池的介绍 (2) 锂电池的特点 (2) 锂电池的内部结构 (3) 锂电池的充放电要求 (4) 锂电池的保护电路 (5) 简易充电电路 (6) 单节锂电池的应用举例 (7)
紧随社会的进步，数码产品的普遍，锂电池也逐步被人们所重视广泛应用于数码产品和高端的仪器产品中作为重要的电能供能源；认识锂电池也不可少，笔者归纳了一下几点与大家共分享 锂离子电池的介绍 锂电池的特点 1、具有更高的重量能量比、体积能量比； 2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电 池的串联电压； 3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性；
4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电； 5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次； 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时； 7、可以随意并联使用； 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池； 9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。 锂电池的内部结构 锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。
锂离子电池的特点 锂离子电池发展迅速?应用广泛,这与其固有的特点是密切相关的?与其他可充式电池相比,锂离子电池的比能量现已提高到 110W·h/kg和270W·h/L,是铅酸电池的6倍,是Cd-Ni电池的近2.5倍,是MH-Ni电池的1.8倍?锂离子电池的月自放电率已降低到6%,远比Cd-Ni电池(月自放电率25%～30%)和MH-Ni电池(月自放电率30%～40%)低得多?在可充式电池中,锂离子电池的工作电压最高,一般为3.6V,而铅酸电池为2.0V,Cd-Ni电池和MH-Ni电池均为1.2V左右?另外,锂离子电池没有记忆效应,而Cd-Ni?MH-Ni等可充式电池有记忆效应，对比数据详见下表： 目前,锂离子动力电池的市场价格已经在逐步下降,每千瓦单价为600元左右,远低于超级电容和燃料电池的价格,已经具备较强的市场竞争能力?从上表可以看出,锂离子电池与其他可充式电池相比具有优异的特性,在便携式计算机?移动通信?摄像机?电动工具?医用电子
器件?不停电电源?家用电器?电动汽车及航空航天仪器设备等民用及军用领域显示了广泛的应用前景? 如今,其应用除了向小体积?轻质量的微型装置领域发展外,也逐渐开始向大型电动设备等领域延伸?高能?轻量?低成本?使用寿命长及无污染是锂离子电池巨大的优势,它将是继镍氢?镍镉电池之后,在今后相当长一段时间内市场前景最好?发展最快的一种绿色二次化学能源,也是现阶段世界上公认的综合性能最为优异的新型二次电池?要使锂离子动力电池在安全的条件下,提供强大而持久的电能,主要应该解决以下三大关键技术: (1)活化技术; (2)热控及阻燃技术; (3)控制及管理技术? 解决第一条核心技术的方法主要是通过掺杂改性去实现?解决第二条核心技术的方法主要是通过改进所需材料的结构及性能去实现?而解决第三条核心技术的方法主要是通过传感技术?电子控制技术等去实现?通过以上三方面的技术改进,就能使锂离子动力电池的性能得到很大提高?
国海军对其使用的所有锂电池都要根据NA VSEA指南9310.1b和技术手册S9310-AQ-SAF-010进行安全性评估。描述了对战场准备自主水下航行体(BPAUV)上锂离子电池进行的安全性测试试验;也给出了由海军水面战中心(NSWC)Carderock实验室所做的
LiNi x Co(1-x)O2由LiNiO2材料改性得到，是一种高容量的锂离子正极材料，比容量比LiCoO2高30%左右，具有很好的比功率特性，价格相对低廉。但是由于这种材料的合成相对困难、吸水性较强、与电解液的相容性较差、安全性较差等原因，并未得到广泛的推广。目前世界上应用最好的是SAFT公司，其利用LiNi x Co(1-x)O2正极材料制造的各种型号的锂离子电池已广泛应用于卫星、UUV以及各类便携式电子设备上。 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2是另一种高容量的正极材料，集合LiNiO2、LiCoO2和LiMnO2的优点，可逆比容量可以达到160mAh/g以上，是非常有前途的正极材料。此材料不仅有比容量高的优势，而且安全性也相对较好，价格相对较低，与电解液的相容性好，循环性能优异，是最有可能在小型通讯和小型动力领域同时应用的电池正极材料，甚至有在大型动力领域应用的可能。 LiMn2O4是LiCoO2外研究最早的正极材料，它具有较高的电压平台，较高的安全性和低廉的价格，在大容量动力电池领域有广阔的应用前景；但是其较低的比容量（110mAh/g），较差的循环性能（300次），特别是高温循环性能差使得其应用受到了较大的限制。尽管经过这几年的研究，LiMn2O4的性能得到了较大的提高，但高温循环性能依然是使用的一个瓶颈。目前国内以锰酸锂为正极材料制造锂动力电池最成功的厂家为北京中信国安盟固利公司。其生产的大容量动力型锰酸锂电池经过了两到三年的示范运行，成为配套2008年北京奥运会电动汽车的唯一电池。 LiFePO4是最近两年才快速发展起来的正极材料，其较高的安全性能，良好的耐高温特性，优越的循环性能使得其作为动力电池和备用电源领域有广阔的应用前景。但是其也存在一些缺点，特别是其电压平台较低（3.2V），振实密度低，使其制成的电池比能量较低，而且由于磷酸铁锂制备工艺要求控制严格，批次生产质量一致性差，导致其成本居高不下。同时磷酸铁锂材料的电导率低，低温放电性能差，倍率放电差等问题也需要继续研究和改进。但是近年来在世界范围内的广泛研究已经使这些问题得到了改善，特别是低温放电性能及功率特性。日本三井造船生产的磷酸铁锂动力锂电池能够以20C的
锂离子电池简介 使用煤炭，石油和天然气的很长一段时间以来，都是以化石燃料为主要能源，这样的能源结构，使得环境污染严重，并且由此导致的全球变暖问题和生态环境恶化问题受到越来越多的关注。所以，可再生能源和新能源的发展成为在未来技术领域和未来经济世界的一个最具有决定性的影响。锂离子电池作为一种新的二次清洁，且可再生能源，其具有工作电压高，质量轻，能量密度大等优点，在电动工具，数码相机，手机，笔记本电脑等领域得到了广泛的应用，并且显示出强大的发展趋势。 锂离子电池的发展历史 第二十世纪六十、七十年代，几乎在锂电池是发明的同时，研究发现许多插层化合物可以与金属锂的可逆反应，构成锂电池[1]。早在第二十世纪七十年代提出了分层组织作为阴极的斯梯尔最有代表性的一种，金属锂作为阳极的Li-TiS2系统。 1976年Whittingham证实了系统的可靠性。随后，埃克森公司的Li-TiS2系统进行深入研究，并希望其商业化。但是，系统很快就暴露出许多致命的缺陷。首先，活性金属锂容易导致有机电解液的分解，导致电池内部压力。由于锂电极表面的表面电位分布不均匀，在锂金属的电荷将在锂沉积的阴极，产生锂“枝晶”。一方面会造成可逆嵌锂容量损失，另一方面，枝晶可以穿透隔膜和负极连接，造成电池内部短路，瞬间吸收大量的热，发生爆炸，导致严重的安全隐患。这一系列因素导致金属锂电池的循环性能和安全两差异，所以Li-TiS2系统未能实现商业化。 1980，阿尔芒首次提出摇椅电池的想法。使用低锂嵌入化合物锂化合物代替金属锂作为阳极，采用高嵌锂电位嵌锂化合物作正极。同年，在美国德州大学Goodenough教授的国家提出了一系列的锂过渡金属氧化物LixMO2（M=Co 、Ni 或Mn)为两电池正极材料锂。1987，奥邦成功组装了浓差电池MO2 (WO2)/LiPF6-PC/LiCoO2和证明“摇椅电池”的想法的可行性，但由于负电极材料形成LiMoO2 CLiWO2嵌入电位高(0.7-2.0 V vs.Li/Li+)嵌锂容量较低，并没有显示高电压的锂离子二次电池的优点，比容量高。
锂离子电池简介 2017-02 1.锂离子电池原理 充电的时候，在外加电场的影响下，正极材料LiCoO2中的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子（Li+），在电场力的作用下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发生化学反应，生成LiC6，于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。从正极跑出来转移到负极的锂离子越多，电池可以存储的能量就越多。 放电的时候刚好相反，内部电场转向，锂离子（Li+）从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，重新变成钴酸锂分子（LiCoO2）。从负极跑出来转移到正极的锂离子越多，这个电池可以释放的能量就越多。 在每一次充放电循环过程中，锂离子（Li+）充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，这就是“锂离子电池”的基本原理。由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。
2.锂离子电池构成 锂离子电池内部需要包含几种基本材料：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。 正负极需要活性物质，是为了更容易参与化学反应，从而实现能量转换。正负极材料不但要活泼，还需要具有非常稳定的结构，才能实现有序的、可控的化学反应。一般选用锂的金属氧化物，如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料。负极通常选择石墨或其他碳材料做活性物质。 电解质是锂离子传导的介质，要求锂离子电导率要高，电子电导率要小（绝缘），化学稳定性要好，热稳定性要好，电位窗口要宽。人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。有机溶剂有PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC （碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等材料。电解质锂盐有LiPF6，LiBF4等材料。 隔离膜则是为了阻止正负极材料直接接触，防止内短路。隔离膜需要具有良好的离子通过性，让锂离子可以自由通过，同时又是电子的绝缘体，以实现正负极之间的绝缘。目前市场上的隔膜主要有单层PP，单层PE，双层PP/PE，三层PP/PE/PP 复合膜等。 除了以上材料外，一个完整的锂离子电池还包括绝缘片、盖板、泄压阀、壳体（铝，钢，复合膜等），以及其他一些辅助材料。 3.锂离子电池参数 1）容量 电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，容量分为额定容量、实际容量，容量的单位为mAh或Ah。额定容量是指满充的锂离子电池在实验室条件下（比较理想的温湿度环境），以某一特定的放电倍率（C-rate）放电到截止电压时，所能够提供的总的电量。实际容量一般都不等于额定容量，它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。一般情况下，实际容量比额定容量小一些。
锂电池性能测试简介 充电及低公害。 各种先进电池中最被重视的商品化电池。所以在此以介绍锂离子电池为主。 可从 压 例。 止电压)又有[CV]的精准。 2.C-V曲线 C-V曲线是描充电池在充电、放电过程中电压及电容量间的关系。充电曲线能让工程师了解如何设计电池充电器，而放电曲线能使工程师在设计电路时正确的掌握电池的特性。例如最佳的工作电压、不同温度C-rate下的电池电容量。
我们也可从电池目前的电压对照C-V曲线：以斜率大小负值概略估算电池的残存容量(Residual Capacity)。因此C-V曲线是了解电池的重要工具。 2、分电池(Cell)性能测试 已组装之分电池，俗称单位电池（以下简称电池）。 在组装后静置8-12小时后为让电解液充份浸润极板，即依下列程序进行测试作 2.） 锂离子电池的化成：除了是使电池作用物质藉第一次充电转成正常电化学作用 钝化膜在锂离子电池的电化 商除将材 料及制程列为机密外化成条件也被列为该公司电池制造的重要机密。 相同于极板测试：将电池实际活化物总量换算理论电容量，以低C-rate C N。因此充、放电电流可以C-rate即C N的系数来表示其大小，关系如下式： I=M* C N I：充、放电电流大小(mA) M：倍率C-rate(hr-1) C N：N小时内完全放电的额定电容量(mAhr)
例如：电池之5小时率容量C5=300mAhr，则C-rate为0.5之充、放电电流大小 将是： I=M* C5=(0.5 hr-1)*(300mAhr)=150mA 电池化成过程中会有大量的能量耗损，最可能是用于钝化膜的形成。 3.电池电容量测试 再依下列步骤 容量在初期会有减少的情形。电池的放电电容量自0.753mA向下减少。待电池电化 有些化成程序亦包含了数十次的充放电 4. 3到520 5.自放电率测试 选取化2到37日放电一 采取积分记录。 于第28
锂电池及其应用 姓名：高雷学号：20075040007 单位：物理电子工程学院专业：物理学 指导老师：罗永松职称：教授 摘要：本文主要讲述了锂电池及其应用，并对其应用前景进行了展望，希望能引起人们对锂电池进一步研究的关注。 关键词：锂电池；应用；应用前景 Lithium battery and its application Abstract:It is mainly described in this paper that the lithium battery and the application of lithium, and its application prospect, expect to arouse interest for further research on lithium batteries. Key Words:Lithium Battery；Application；Prospects 引言 随着微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池凭借着其在诸多方面卓越的性能被人们广泛的应用于很多方面[1]，例如手机、掌上电脑、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航行灯、摄像机、照相机、家用小电器甚至军事装备及卫星上。锂电池也被人们称之为“最有应用前途的化学电源”，甚至称为“极限电池”或“最后一代电池”[2]。 1. 锂电池简介 1.1锂电池的原理 锂电池全称为锂离子电池，但是人们习惯上把锂离子电池称为锂电池，现在锂电池已经称为了主流电池。 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质的电池[3]。最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2，该反应为氧化还原反应。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存及使用对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行，后来就出现了锂离子蓄电池。 日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池[4]，锂离子蓄电池中不使用诸如铅酸蓄电池或镍氢蓄电池的水溶液为电解液，而是使用有机电
锂离子电池简介及组成部分 锂离子电池作为新型电池的一种已经开始逐渐进入人们的视野，就像大家现在随时不离身的手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，可想而知锂离子电池的火热程度，可是对于锂离子电池的认识程度对于大树人而言可能还没到这种火热程度，今天中国电器交易网就带领大家进入锂离子电池的世界一探究竟。 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主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，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 专家对中国电器交易网说到锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。 据中国电器交易网了解到锂离子电池容易与下面两种电池混淆： （1）锂电池：以金属锂为负极。 （2）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝胶化液态有机溶剂，或者直接用全固态电解质。 组成部分： 钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列： （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。 关于锂离子电池的内容实在太多，中国电器交易网今天带来的锂离子电池简介及组成部分内容可谓凤毛麟角，中国电器交易网还会努力继续寻找关于锂离子电池的相关报道，为喜欢电池或是对于锂离子电池有兴趣的读者带来更多报道。
锂离子电池电解液简介 一、电解液概况 电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂离子电池的“血液”，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、必要的添加剂等原料，在一定条件下，按一定比例配制而成的。 有机溶剂是电解液的主体部分，与电解液的性能密切相关，一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用；常用电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等，但从成本、安全性等多方面考虑，六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质；添加剂的使用尚未商品化，但一直是有机电解液的研究热点之一。 二、电解液组成 2.1有机溶剂 有机溶剂是电解液的主体部分，电解液的性能与溶剂的性能密切相关。锂离子电池电解液中常用的溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等，一般不使用碳酸丙烯酯(PC)、乙二醇二甲醚(DME)等主要用于锂一次电池的溶剂。PC用于二次电池，与锂离子电池的石墨负极相容性很差，充放电过程中，PC 在石墨负极表面发生分解，同时引起石墨层的剥落，造成电池的循环性能下降。但在EC 或EC+DMC复合电解液中能建立起稳定的SEI膜。通常认为，EC与一种链状碳酸酯的混合溶剂是锂离子电池优良的电解液，如EC+DMC、EC+DEC等。相同的电解质锂盐，如LiPF6或者LiC104，PC+DME体系对于中间相炭微球C-MCMB材料总是表现出最差的充放电性能(相对于EC+DEC、EC+DMC体系)。但并不绝对，当PC与相关的添加剂用于锂离子电池，有利于提高电池的低温性能。 2.2 电解质锂盐 LiPF6是最常用的电解质锂盐，是未来锂盐发展的方向。尽管实验室里也有用LiClO4,、LiAsF6等作电解质，但因为使用LiC104 的电池高温性能不好，再加之LiCl04本身受撞击容易爆炸，又是一种强氧化剂，用于电池中安全性不好，不适合锂离子电池的工业化大规模使用。 2.3添加剂 添加剂的种类繁多，不同的锂离子电池生产厂家对电池的用途、性能要求不一，所选择的添加剂的侧重点也存在差异。一般来说，所用的添加剂主要有三方面的作用： (1)改善SEI膜的性能 (2)降低电解液中的微量水和HF酸 (3)防止过充电、过放电 三、锂离子电池电解液种类 3.1液体电解液 电解质的选用对锂离子电池的性能影响非常大，它必须是化学稳定性能好尤其是在
锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = Li x C6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。 回答下列问题： （1）LiCoO2中，Co元素的化合价为。 （2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式。 （3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是。 （4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式。 （5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-x CoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式。 （6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有（填化学式）。 （1）+3 （2）2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑
（3）2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O 2H2O22H2O + O2↑；有氯气生成，污染较大。 （4）CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O （5）Li1-x CoO2 + Li x C6 = LiCoO2 + 6C （6）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4 以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识，包括电极反应式的书写、氧化还原反应，综合性较强。 （1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO2中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。（2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑。 （3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O，H2O2自身发生分解反应，2H2O22H2O + O2↑；LiCoO2具有较强的氧化性，用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，氯气生成，污染较大。 （4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O。 （5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-x CoO2之间的转化，放电时负极发生的反应为Li x C6-xe-=6C+xLi+，正极Li1-x CoO2 + xe- = LiCoO2 + xLi+，电池总反应方程式Li1-x CoO2 + Li x C6 = LiCoO2 + 6C。 （6）进行放电处理时，Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4三种。【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式
专题：3C领域对锂电池的需求 主要结论： 1，到2015年，3C领域对锂的需求平均增速18% 2，长期来看锂电池被新技术替代是必然，但是在近3-5年内不必过分担心 一、锂电池简介 一个典型的锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。锂离子二次电池的正极为钴酸锂、锰酸锂等锂化合物的粉体，涂覆在铝箔上；负极为石墨或其它材料（钛酸锂等），涂覆在铜箔上；正负极之间用一层多孔塑料膜隔开，通常采用微孔聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）或两者的复合膜（PE-PP-PE）；正负极和隔膜一般浸在溶有LiPF6或者LiAsF6电解质的碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）的混合溶剂形成的电解液中。 图1 锂离子电池的构成 数据来源：天弘基金 （一）锂电池正极 最早的商业化应用的锂电池正极材料是钴酸锂，由于其比容量高、循环次数长，被广泛应用于对比容量要求较高的消费类电子品中（目前的固态锂电池的正极大多也是用钴酸锂的）。但是，随着钴酸锂的使用和锂电需求领域的扩展，钴酸锂的问题也就暴露出来：首先是其安全性比较差，在高温工作、隔膜破损等情况下，甚至会发生爆炸；其次，钴资源稀缺，导致钴酸锂造价昂贵，应用于大型电池领域的成本太高。为此，后来市场中又出现了许多其他锂化合物正极。 其中，具有橄榄石结构的磷酸铁锂是较早出现的材料，不仅价格便宜，而且安全性和稳定性好，隔膜穿刺也不会发生爆炸。但是磷酸铁锂的问题在于其比容量低、正极材料振实密度低（只有0.8-1.3，钴酸锂的一般会在2.5以上），所以体积是限制其未来发展的最大问题。 另一个致力于解决钴酸锂成本问题的方案是发展镍酸锂。镍酸锂的晶体构造与钴酸锂类似，理论比容量与钴酸锂相当，但是镍的价格只有钴的一半，是理想的替代钴酸锂的材料。
电池基础知识培训资料 一、锂离子电池工作原理与性能简介： 1、电池的定义：电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化学能或物理能转化为电能，电池即是一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能源。 2、锂离子电池的工作原理：即充放电原理。Li-ion的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。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，达到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。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion就象一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以，Li-ion又叫摇椅式电池。 通俗来说电池在放电过程中，负极发生氧化反应，向外提供电子；在正极上进行还原反应，从外电路接收电子，电子从负极流到正极，而电流方向正好与电子流动方向相反，故电流经外电路从正极流向负极。电解质是离子导体，离子在电池内部的正负极之间定向移动而导电，阳离子流向正极，阴离子流向负极。整个电池形成了一个由外电路的电子体系和电解质的离子体系构成的完整放电体系，从而产生电能。 正极反应：LiCoO2==== Li1-x CoO2 + xLi+ + xe 负极反应：6C + xLi+ + xe- === Li x C6 电池总反应：LiCoO2 + 6C ==== Li1-xCoO2 + LixC6
锂离子电池简介及主要 应用 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
锂离子电池简介 使用煤炭，石油和天然气的很长一段时间以来，都是以化石燃料为主要能源，这样的能源结构，使得环境污染严重，并且由此导致的全球变暖问题和生态环境恶化问题受到越来越多的关注。所以，可再生能源和新能源的发展成为在未来技术领域和未来经济世界的一个最具有决定性的影响。锂离子电池作为一种新的二次清洁，且可再生能源，其具有工作电压高，质量轻，能量密度大等优点，在电动工具，数码相机，手机，笔记本电脑等领域得到了广泛的应用，并且显示出强大的发展趋势。 锂离子电池的发展历史 第二十世纪六十、七十年代，几乎在锂电池是发明的同时，研究发现许多插层化合物可以与金属锂的可逆反应，构成锂电池[1]。早在第二十世纪七十年代提出了分层组织作为阴极的斯梯尔最有代表性的一种，金属锂作为阳极的Li-TiS2系统。 1976年Whittingham证实了系统的可靠性。随后，埃克森公司的Li-TiS2系统进行深入研究，并希望其商业化。但是，系统很快就暴露出许多致命的缺陷。首先，活性金属锂容易导致有机电解液的分解，导致电池内部压力。由于锂电极表面的表面电位分布不均匀，在锂金属的电荷将在锂沉积的阴极，产生锂“枝晶”。一方面会造成可逆嵌锂容量损失，另一方面，枝晶可以穿透隔膜和负极连接，造成电池内部短路，瞬间吸收大量的热，发生爆炸，导致严重的安全隐患。这一系列因素导致金属锂电池的循环性能和安全两差异，所以Li-TiS2系统未能实现商业化。 1980，阿尔芒首次提出摇椅电池的想法。使用低锂嵌入化合物锂化合物代替金属锂作为阳极，采用高嵌锂电位嵌锂化合物作正极。同年，在美国德州大学Goodenough教授的国家提出了一系列的锂过渡金属氧化物LixMO2（M=Co 、Ni或Mn)为两电池正极材料锂。
锂离子电池的特性与优势 如今，对于UPS供电系统来说，采用锂离子电池的初始资本支出仅为铅酸蓄电池的1.4倍，但采用锂离子电池10年的总体拥有成本（TCO）可以节省10％-30％。 锂离子电池的优点包括： 1、可靠性和可用性 由于锂离子电池与铅酸电池的制造方法不同，锂离子电池故障率要低得多。由于使用寿命更长，维护要求更低，UPS电源采用锂离子电池很少发生故障。 根据所使用的化学成分，锂离子电池的使用寿命可长达15年。与铅酸蓄电池相比，可以显著节省更换成本，因为锂离子电池不必每隔几年更换一次。 此外，锂离子电池通常比铅酸电池具有更长的循环寿命。例如，铅酸蓄电池通常可以提供200次放电循环，这意味着可以将电池的容量耗尽至其额定值的50％，然后其重新充电至100％，可以达到200次循环。但在更换电池之前，锂电池可以提供500-7000次放电循环（这取决于所使用的化学物质）。另外，锂离子电池具有较低的自放电率，或者在不使用时自身放电缓慢，这使得它们具有更长的保存时间。 2、重量较轻 锂离子电池比铅酸蓄电池重约三分之一。这样可以节省数据中心建设成本，因为不需要加固地板来承受更多的重量。它还节省了运输成本，因为与铅酸蓄电池相比，能够以同样的成本运输更多的锂离子电池。 3、更小的体积 锂离子电池柜的尺寸通常是铅酸电池柜的一半，达到相同的容量可节省50％的占地面积。这使组织可以重新规划设计数据中心，以增加IT系统的可用空间。此外，可以节省新数据中心的建设成本，因为容纳用于UPS储能的锂离子电池机柜的空间可以更小。 4、能量密度更高 锂电池具有更高的能量密度（Wh/kg，或每千克瓦特小时）和功率密度（W/kg，或每千克瓦特）。这就是为什么锂电池能够以更小的体积和更轻的重量提供与铅酸蓄电池相同能量的原因。 5、工作在温度较高的环境
今天又在电视上看到深圳SONY DV 电池爆炸伤人，转篇爆炸技术文章看看。 锂离子电池特性 锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。 锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。 保护措施 锂电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜 纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V 放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。 因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。