化说科研 | 锂电知多少？

锂离子电池作为新型高能电池

广泛应用于生活的方方面面之中

本期化说科研将围绕锂离子电池

与你一起探索其中的奥秘

那我们先从基础知识开始吧

锂离子电池的电化学原理

锂离子电池的正负极充电反应如下所述。

正极反应：LiMO₂ → Li_1-xMO₂ + xLi⁺ + xe^- 

负极反应：6C + xLi⁺ + xe^- → Li_xC₆

电池总反应：LiMO₂ + 6C → Li_1-xMO₂ + Li_xC₆ 

放电时发生上述反应的逆反应。

(M=Co、Ni等)

锂离子电池的主要结构组成

锂离子电池的主要组成为：电池上下盖、正极片（活性物质为氧化锂钴）、隔膜（一种特殊的复合膜）、负极（活性物质为碳）、有机电解液、电池壳（分为钢壳和铝壳两种）等。

目前常见的各种可充电电池之间的区别

目前铅酸、镍镉、镍氢、锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备（如笔记本电脑、摄像机、移动电话和电动车电池等等）之中，每种充电电池都具有自已独特的化学性质。

铅酸电池与锂离子电池相比具有重量大、循环寿命短的缺点，但也有价格便宜、耐过充电、安全性好的优点。而锂离子电池的使用寿命是铅酸电池的3~6倍左右，在投入相同成本的情况下，锂离子电池的使用周期更要长一些，且锂离子电池的温度适用性也比铅酸电池要好。

镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号的电池对比，镍氢电池容量是镍镉电池的二倍。这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大大地延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是：它很好地解决了镍镉电池中存在的“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，归功于它内部没有有毒重金属元素。

锂离子电池也已经快速成为便携设备的标准电源，锂离子电池能提供和镍氢电池一样的能量，但在重量方面则可减少大约35%，这对于摄像机和笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。锂离子电池完全没有“记忆效应”和不含有毒物质的优点也是它成为标准电源的重要因素。

可充电电池的优缺点

可充电锂离子电池的优点有以下六点：

可充电电池的优点是使用寿命长，即使价格比一次电池要贵，但从长期使用的观点来看，则很经济实惠，而且可充电电池的负荷力要比绝大部分一次电池高。但普通可充电电池放电电压基本恒定,很难预测放电何时结束，所以在使用的过程中会造成一定的不便。但是锂离子电池能给照相机设备提供较长的使用时间，高负荷力，高能量密度，且放电电压的下降随放电的深入而减弱。

普通可充电电池的自放电率较高，因此适合大电流放电用电器如数码相机、玩具、电动工具、应急灯等等，而不适合小电流长时间放电的场合如遥控器、音乐门铃等，也不适合长时间间断使用的地方如手电筒等。目前比较理想的电池是锂离子电池，几乎拥有电池所有的优点，自放电率极低，唯一的不足是对充放电要求很严格，这是对寿命的保证。

锂离子电池的应用

     电子产品方面的应用

随着镍镉电池行业的萎缩，手机、数码相机和游戏机对电池的要求愈加提高，再加上手提电脑、数码相机以及其他个人数码电子设备的日益普及，锂离子电池市场未来几年仍将保持快速增长，并且市场潜力庞大。锂离子电池商品化发展速度很快。锂离子电池首先应用于电子产品，主要包括手机、笔记本电脑、数码相机、移动DVD、摄像机、MP3等，而笔记本电脑电池是锂离子电池在电子产品方面的又一大领域。

     交通工具方面的应用

电动自行车的动力锂离子电池采用镍钴锰酸锂作为正极材料，镍带作为负极导电板，使电池放电表面升温不明显，可以极大地降低电解液燃烧几率，提高锂离子电池的安全性能。

动力锂离子电池还具有轻便小巧的特点，重量只有同等电量铅酸蓄电池的1/3。铅酸蓄电池使用寿命一般在1~2年，为提高电池寿命，设计锂离子电池充放电连接转换装置，可实现电池充电时并联、放电时串联，解决了电池因单个放电不同引起的整体储能值下降问题，提高了电池组的整体性能和使用寿命，锂离子使用寿命已达到3~5年。

     国防军事方面的应用

应用锂离子电池不仅节约了空间，降低了成本，同时又可解决电池串联组合时各电池容量必须相互匹配的问题，从而增加了能量密度，提高了其使用可靠性，而且锂离子电池无记忆效应，无环境污染。锂离子电池作为一种新型的二次电池，随着其性能的不断改进，例如其循环性能、低温性能、储存寿命及安全性等，在军事装备领域必有广泛的应用。

锂离子电池的研发应用

为我们生活带来极大方便

本文只是简单地介绍了

关于锂离子电池的基础知识

锂离子电池作为热门的研究领域

还有许多奥秘等待我们考察发掘

也有许多深层的知识等待我们学习领略

感兴趣的朋友可以查找文献了解相关知识

下期化说科研同样干货满满

我们下期再会~

参考文献:

[1] M. Broussely.Recent developments on lithium-ion batteries at SAFT[J].J. Power Sources.1999,81:140-143.

[2] M. Broussely. Lithium battery R &D activities in Europe[J].J.Power Sources,1999,82: 140-143.

[3]胡绍杰，徐保伯.锂离子电池工业的发展与展望[J].安徽大学出版社，2000，30(4): 171-174.

[4]卢世刚.中国小型锂离子电池技术和产业化现状[C].中国国际新材料产业发展研讨会文集，北京，2004.

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文案 | 杨伟文 陈婧妍

编辑 | 陈秋旋

责任编辑 | 彭芷茹

初审 | 彭泽航 黄佳仪

复审 | 张舒瑜 李海伦

终审 | 陈巧年