一文帶大家了解什么是鋰離子電池
一直到1970年代初，第一批不可充電的鋰電池才開(kāi)始商業(yè)化。隨后在1980年代嘗試開(kāi)發(fā)可充電鋰電池，但由于用作陽(yáng)極材料的金屬鋰的不穩(wěn)定性，該嘗試失敗了。
鋰是所有金屬中最輕的，具有最大的電化學(xué)勢(shì)，并且每單位重量提供最大的比能。陽(yáng)極(負(fù)極)上帶有鋰金屬的可充電電池可以提供非常高的能量密度，但是，循環(huán)會(huì)在陽(yáng)極上產(chǎn)生有害的樹(shù)枝狀晶體，這些樹(shù)枝狀晶體會(huì)穿透隔膜并造成電氣短路。電池溫度將迅速上升并接近鋰的熔點(diǎn)，從而導(dǎo)致熱失控，也稱為“火焰燃燒”。
鋰金屬固有的不穩(wěn)定性，尤其是在充電過(guò)程中，使研究轉(zhuǎn)向使用鋰離子的非金屬溶液。盡管比能量低于鋰金屬，但鋰離子電池是安全的，只要電池制造商和電池包裝商遵循安全措施以將電壓和電流保持在安全水平即可。1991年，索尼將第一個(gè)鋰離子電池商業(yè)化，如今這種化學(xué)已成為市場(chǎng)上最有前途和發(fā)展最快的化學(xué)物質(zhì)。同時(shí)，研究繼續(xù)開(kāi)發(fā)安全的金屬鋰電池，以期使其變得安全。
1994年，在容量為1,100mAh的18650 *圓柱電池中制造鋰離子電池的成本超過(guò)10美元。2001年，價(jià)格降至2美元，容量升至1,900mAh。如今，高能量密度的18650電池可提供超過(guò)3,000mAh的電量，成本進(jìn)一步下降。成本降低，比能量增加以及無(wú)毒物質(zhì)的出現(xiàn)，為鋰離子電池成為便攜式應(yīng)用的普遍接受的電池鋪平了道路，首先是在消費(fèi)行業(yè)，現(xiàn)在在重型行業(yè)也越來(lái)越多，包括用于車輛的動(dòng)力總成。
2009年，按收入計(jì)算，約38%的電池為鋰離子電池。鋰離子電池是一種低維護(hù)的電池，這是許多其他化學(xué)方法無(wú)法聲稱的優(yōu)勢(shì)。電池沒(méi)有記憶，不需要鍛煉即可保持身材。與鎳基系統(tǒng)相比，自放電小于一半。這使得鋰離子電池非常適合電量計(jì)應(yīng)用。3.6V的標(biāo)稱電池電壓可直接為手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)供電，與多電池設(shè)計(jì)相比，可簡(jiǎn)化并降低成本。缺點(diǎn)是價(jià)格過(guò)高，但這種情況一直在下降，尤其是在消費(fèi)市場(chǎng)。
鋰離子電池的類型
類似于基于鉛和鎳的架構(gòu)，鋰離子使用陰極(正電極)，陽(yáng)極(負(fù)電極)和電解質(zhì)作為導(dǎo)體。陰極是金屬氧化物，陽(yáng)極是由多孔碳組成。在放電過(guò)程中，離子通過(guò)電解質(zhì)和隔板從陽(yáng)極流向陰極;電荷使方向反轉(zhuǎn)，離子從陰極流向陽(yáng)極。說(shuō)明了該過(guò)程。
當(dāng)電池充放電時(shí)，離子在陰極(正電極)和陽(yáng)極(負(fù)電極)之間穿梭。在放電時(shí)，陽(yáng)極經(jīng)歷氧化或電子損失，而陰極經(jīng)歷還原或電子增加。電荷使運(yùn)動(dòng)反向。
電池中的所有材料都具有理論上的比能，而高容量和出色的功率傳遞的關(guān)鍵主要在于陰極。在過(guò)去的大約十年中，陰極一直是鋰離子電池的特征。常見(jiàn)的陰極材料為氧化鈷鋰(或鈷酸鋰)，氧化錳鋰(也稱為尖晶石或錳酸鋰)，磷酸鐵鋰，以及鋰 鎳錳鈷(或NMC)**和鋰 鎳鈷鋁氧化物(或NCA)。
索尼最初的鋰離子電池使用焦炭作為陽(yáng)極(煤產(chǎn)品)，自1997年以來(lái)，大多數(shù)鋰離子電池使用石墨來(lái)獲得更平坦的放電曲線。陽(yáng)極上也有發(fā)展，并且正在嘗試幾種添加劑，包括硅基合金。硅以較低的負(fù)載電流和縮短的循環(huán)壽命為代價(jià)，使比能提高20%至30%。納米結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰作為陽(yáng)極添加劑顯示出有希望的循環(huán)壽命，良好的負(fù)載能力，出色的低溫性能和優(yōu)越的安全性，但比能量較低。
正極和負(fù)極材料的混合使制造商能夠增強(qiáng)內(nèi)在品質(zhì)。但是，一個(gè)方面的增強(qiáng)可能會(huì)損害其他方面。電池制造商可以例如優(yōu)化比能量(容量)以延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，增加比功率以改善電流負(fù)載，延長(zhǎng)使用壽命以延長(zhǎng)使用壽命，并提高在惡劣環(huán)境下的安全性，但是，高容量的缺點(diǎn)是降低了負(fù)載; 高電流處理的優(yōu)化降低了單位能量，使其成為堅(jiān)固耐用的電池以延長(zhǎng)使用壽命，并提高了安全性，從而增加了電池尺寸，并由于隔板較厚而增加了成本。隔板是電池中最昂貴的部分。
