MASTERVOLT带您了解锂电池

直到20世纪70年代初,第一批不可充电的锂电池才开始在市场上销售。在1980年代之后,曾尝试开发可充电锂电池,但由于用作阳极材料的金属锂不稳定,这项努力失败了。

锂是所有金属中最轻的,它具有最大的电化学电位,并且提供最大的比重能量。阳极上有锂金属的可充电电池(负极)可以提供非常高的能量密度,然而,循环会在阳极上产生不需要的密度,从而可能穿透分离器并导致电器短路。电池温度会迅速上升,接近锂的熔点,导致热失控,也被称为"火焰排放"。"

锂金属的固有不稳定性,特别是在充电时,将研究转移到使用锂离子的非金属溶液。虽然锂离子比锂金属的比能低,但它是安全的,只要电池制造商和电池封隔器遵守安全措施,保持电压和电流以保证水平。1991年,索尼将第一个锂离子电池商业化,如今,这种化学产品已经成为市场上最有前途和增长最快的产品。与此同时,研究人员继续开发一种安全的金属锂电池,希望使其安全。

1994年,生产18650*圆柱形电池的成本超过10美元,该电池的容量为1100Mah。2001年,价格下降到2美元,产能上升到1900马赫。今天,高能量密集的18650个细胞提供了超过3000Mah,成本进一步下降。降低成本、增加具体能源和缺乏有毒材料为使锂离子成为便携式应用的普遍可接受的电池铺平了道路,首先是在消费者行业,现在也越来越多地在重工业,包括汽车电动车。

2009年,按收入计算,大约38%的电池是锂离子电池。锂离子是一个低维护电池,一个优势,许多其他化学品不能声称。电池没有记忆,不需要锻炼来保持形状.与基于镍的系统相比,自释放不到一半。这使锂离子非常适合燃料测量应用。3.6V的标称电池电压可以直接驱动手机和数码相机,提供简化和降低成本的多电池设计。缺点是价格过高,但这种均衡,特别是在消费市场。

锂离子电池的类型

与铅和镍基结构类似,锂离子使用阴极(正电极)、阳极(负电极)和电解质作为导体。阴极是金属氧化物,阳极由多孔碳组成。在放电过程中,离子通过电解质和分离器从阳极流向阴极;电荷逆转方向,离子从阴极流向阳极。图1说明了这一过程。

图1:锂离子电池中的离子流

当电池充电和放电时,离子在阴极(正电极)和阳极(负电极)之间穿梭.在放电时,阳极经历氧化,或电子损失,阴极看到还原,或电子增益。电荷逆转运动。

电池中的所有材料都具有理论上的比能,而高容量和优越的能量输送的关键主要在于阴极。在过去的10年左右,阴极已经特征化锂离子电池。常见的阴极材料是锂钴氧化物(或钴酸锂)、锂锰氧化物(又称尖晶石或锰锂)、磷酸锂铁以及锂镍锰钴(或NMC)**和锂镍钴氧化铝(或NCA)。

索尼最初的锂离子电池用焦炭做阳极(煤制品),自1997年以来,大多数锂离子电池都用石墨来获得平坦的放电曲线。阳极上也有发展,一些添加剂正在试验中,包括硅合金。硅在降低负载电流和降低循环寿命的情况下,实现了20%到30%的比能量增长。纳米结构锂钛作为阳极添加剂,具有良好的循环寿命、良好的负载性能、优良的低温性能和优越的安全性,但比能低。

混合阴极和阳极材料使制造商能够增强内在质量;然而,在一个领域的增强可能会损害其他东西。例如,电池制造商可以在延长运行时间时优化特定能量(容量),增加特定功率以改善电流负荷,延长使用寿命以延长寿命,并提高在剧烈环境下接触的安全性,但是,高容量的缺点是降低负荷;对高电流处理的优化降低了具体能量,使其成为长寿命的坚固电池,并改进安全性,从而增加了电池的体积,并增加了较厚分离器的成本。分离器据说是电池中最昂贵的部件。

表2概述了不同阴极材料的锂离子特性。这张表格将化学的范围限制在四种最常用的锂离子系统上,并使用了简短的形式来描述它们。NMC代表镍-锰-钴,一种相对较新的化学物质,可以适应高容量或高电流负载。锂离子聚合物没有被提及,因为它不是一种独特的化学物质,只是在结构上有所不同。锂聚合物可以用不同的化学方法制造,最广泛使用的形式是锂碳酸盐。