鋰離子電池最新見解
2024-06-08 15:01:17
供稿：網友
一，概述
鋰離子電池是以低插鋰電位的炭材料為負極，以高插鋰電位的過渡金屬氧化物為正極而制成的高性能的電池，由于鋰電具有工作電壓高，比能性大，充電速度快等優點，同時又克服了以金屬鋰為負極的金屬鋰電存在的安全性能差和壽命短的問題，而成為當今多種電器設備所需電池開發的熱點，更成為無線通信的終端產品---手機的最佳伴侶！
二，鋰離子電池的結構
1，負極材料
在鋰離子電池中，天然石墨和焦炭是用得最為廣泛的兩類碳素負極材料，石墨是最容量獲得理集論容量的碳素材料。焦炭在一些溶濟中則具有優異的循環壽命，是最佳的碳素負極材料~
2，正極材料
正極采用具有高插鋰電位的過渡金屬氧化物，它具有開路電壓高，比能量大（1068Wh/kg），循環壽命長，能快還充放電的特點！因此在鋰離子電池中用得較為廣泛~
3，電解液
電解液對鋰離子電池的性能有著重大的影響！
三，鋰離子電池的主要特性
1，充電特性
鋰離子電池通常采用“恒流轉恒壓”的充電方法充電，充電時，正極中的鋰原子電離成鋰離子和電子，得到外部輸入能量的鋰離子在電解液中由能量較低的正極向能量較高的負極遷移，并且鋰離子和電子在負極上復合成鋰原子，得新形成的鋰原子插入到石墨晶體的晶狀層之間~
一般鋰離子的智能充電器，在預充狀態下，能連續檢測電池是否插入，鋰離子電池的類型，也池是否短路等~
開始大電流充電以前，為了防止充電初期電流波動較大~一般正規的充電器充電時的電流都是以一定速度上逐漸上升的，電流達到額定的數值后，充電電流穩定不變！開開始進行“恒流充電”~
當電池達到一定的電壓后，“恒流充電”也隨之結束，充電器立即轉入“恒壓”充電~在該狀態下，充電電壓保持不變~
2，放電特性
鋰離子電池充足電的電壓為4.2V，放電的終止電壓為2.7V~
當環境溫度為20度時，鋰離子電池放出的容量等于它額定的容量；
當球境溫度高于20度時，鋰離子電池放出的容量大于它額定的容量；
當環境溫度小于20度時，鋰離子電池放出的容量小于它額定的容量~
鋰離子負極采用不同的材料時，它放電的特性也不同，負極采用結晶較低的焦炭時，放電過程中，電壓下降較快；而負極采用結晶度較高的石墨時，它放電特性則相對來說較為平穩~~
放電時，插入到石墨晶狀層中鋰原子從石墨晶體內部向負極表面移動并在負極表面電離成鋰離子和電子，鋰離子和電子分別通過電解質和負載流向正極，在正極表面復合成鋰原子，然后插入到氧化鈷鋰的晶狀層中！
3，充放電循環的特性
在環境色溫度為20度的條件下，采用1.0C的充電速率，充電終止電壓充定在4.2V，充電時間則2.5小時，采用同樣的放電速率，放電的終止電壓為2.7V，鋰離子電池的充放電循環特性一般經過300次的充，放電后，它的容量還能達到額定容量的百分之八十五以上~
4，存貯特性
在不同的環境溫度下，鋰離子電池存貯的剩余容量與存貯時間有明顯的關系：
當存貯環境的溫度為-20度時，存放6個月，這時鋰離子電池的容量為貯藏前的90%；當環境溫度為20度時，同樣存放6個月，這時鋰離子電池的容量為存貯前的70%~
鋰離子電池經過長期的存貯后，額定容量將下降，這種特性，通常用容量恢復率來表示，容量恢復率是指鋰離子電離經過長期存放后與存放前的容量之比~充電時，應采用“恒流轉恒壓”的充電方法，一般情況下，鋰離子電池存貯6個月后，容量還可以達到存貯前的90%以上！
四，鋰離子電池的優缺點
鋰離子電池與鎳鎘，鎳氫電池相比較有以下優點：
1）工作電壓高
通常單體鋰離子電池的電壓為3.6V，為鎳鎘，鎳氫電池的3倍，單體鋰離子電池可以為3V的邏輯電路供電~
2）體積小，重量輕，比能量高。通常鋰離子電池的比能量可達到鎳鎘，鎳氫電池的3倍以上，與同容量的鎳鎘，鎳氫電池相比，體積可以減小30%，重量可以減小50%~
3）壽命長
鋰離子電池常采用碳負極，在充，放電過程中，碳負極不會生成鋰枝晶，從而可以避免電池內部鋰枝晶短路而損壞~目前，手機使用的鋰離子電池的壽命可以達到1200次的循環充放電~
4）安全快速充電
它的負極用特殊的碳電極代替金屬鋰電極，因此，充許快速充電！
5）充電溫度范圍寬
鋰離子電池具有優良的高低溫放電特性，可在：-20度—+20度之間工作。高溫放電性能也優于其它種類的電池。
6）放電電流小，并且沒記憶效應
2，鋰離子電池雖然與鎳鎘，鎳氫電池相比較有著不少的優點，但它自身也存在著一些缺點：
1）無法快速充電（有區別于上述的快速充電）
鋰離子電池無法像其它電池一樣，用15分鐘急速充電~
鋰離子電池充電的方法為：最初以“恒定電流”來充電；最后以恒定電壓來充電，充電時，一般1小時可以充入鋰離子電池額定容量的80%左右！（指電池在無負載，只有內阻存在的情況下）
2）內部阻抗高
因為鋰離子電池的電解液為有機溶液其導電率比鎳鎘，鎳氫電池的水溶液小得多，所以鋰離子電池的內部阻抗比前上述其它兩種電池的內部阻抗約大10倍！
3）工作電壓變化大
當它放電到額定容量的80%時，鎳鎘，鎳氫電池的電壓變化率較小，大約為20%，而鋰離子電池卻相當大，約為40%！正因如此，所以很難去測試鋰離子電池的余下容量！
五，部分鋰離子電池的保護裝置
為了更好的利用鋰離子電池，在鋰電池組（我們手機所用的鋰電，通常是由幾個鋰離子電池來組成的）內部通常都、裝有過充，過放，過流保護裝置電路~
眾所周知，電池的充放是的次數直接影響到電池的壽命，因此鋰電池組中也通常裝有這部份電路，通過檢測電池的充，放電電壓及時判斷電池是否已充足電或放完電！判斷電池已充足電或放完時，立即切斷充放電電路，以免鋰離子電池過充而過放~
還有些保護電路可以防止放電電流過大或電池溫度過高，而造成的損壞~
關于鋰離子電池的開發，以后一定會還有新產品出現的，就讓我們試目以待吧~
