锂离子电池是电池行业继镍氢电池之后的又一次技术上的重大突破。锂离子电池以其高比能量和较好的放电能力等优点,在最近十几年里得到了广泛应用,尤其作为车用动力电池,锂离子电池显现出巨大的优势。


锂离子电池(Li−ion Battery)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,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+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。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。

锂离子电池是一种锂离子浓差电池,正、负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。充电时, +Li从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路移至碳负极,保证负极电荷平衡。放电时则相反, +Li从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,此时正极处于富锂态,负极处于贫锂态。正常的充放电情况下,锂离子在层状结构的碳材料和层状结构的氧化物的层间嵌入和脱出,一般只引起层间距的变化,而不影响晶体结构,负极材料的化学结构也不发生变化。因此,从充放电的可逆性上来说,锂离子电池的化学反应是理想的可逆反应。同时,锂离子电池的工作电压与正、负极的锂离子浓度差有关。

锂离子电池单节电压高达3.6~4.2 V,相当于3节镍氢电池串联;其能量密度高,目前质量比能量可达到165 Wh/kg,体积比能量可达到450 Wh/L,是镍氢电池的2倍左右;能量效率高,锂离子电池能量效率可达99%以上,远高于镍氢电池的平均水平;自放电率低;循环使用寿命长,可以循环充放电 500次以上;无任何记忆效应;不含重金属以及有毒物质,不污染环境,也是一种绿色电源。

但是,锂离子电池也存在一些缺点,如安全性差,有发生爆炸的危险;低温下性能差;需保护线路,以防止过充电和过放电;必须管理到每一单节电池,对电池管理要求很高。

锂离子电池的应用前景十分广泛。据统计,手机电池中,锂离子电池的使用量就占了总量的70%以上。近几年,锂离子电池凭借其能量密度高的优势迅速占领了车用动力电池市场,同时也在逐渐替代传统汽车所用的铅酸蓄电池。例如,如果一吨重的汽车以32 km/h的速度行驶,其配置的动力电池质量设定为某一定量,那么配置的铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池分别对应的续驶里程数为80 km、150 km和320 km。在成本方面,随着电池技术逐渐成熟,锂离子电池的价格也会随之下降。在电动汽车和以电池为辅助动力源的混合动力车日趋走俏的今天,锂离子电池具有很好的应用前景。

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