鋰電池特點(diǎn)鋰電池充電

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生。

鋰電池-鋰電池

鋰電池

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生。

由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒有得到應(yīng)用。

隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。

最早得以應(yīng)用于心臟起搏器中。由于鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得起搏器植入人體長(zhǎng)期使用成為可能。

鋰電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計(jì)算機(jī)，計(jì)算器，照相機(jī)、手表中。

為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對(duì)各種材料進(jìn)行了研究。從而制造出前所未有的產(chǎn)品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點(diǎn)。它們的正極活性物質(zhì)同時(shí)也是電解液的溶劑。這種結(jié)構(gòu)只有在非水溶液的電化學(xué)體系才會(huì)出現(xiàn)。所以，鋰電池的研究，也促進(jìn)了非水體系電化學(xué)理論的發(fā)展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進(jìn)行了聚合物薄膜電池的研究。

1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實(shí)用化，使人們的移動(dòng)電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備重量和體積大大減小。使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。由于鋰離子電池中不含有重金屬鉻，與鎳鉻電池相比，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。

1、鋰離子電池

鋰離子電池目前由液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2或LiMn2O4，負(fù)極采用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)，是21世紀(jì)發(fā)展的理想能源。

2、鋰離子電池發(fā)展簡(jiǎn)史

鋰電池和鋰離子電池是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池。這種電池的負(fù)極是金屬鋰，正極用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代進(jìn)入實(shí)用化。因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于特種和民用小型電器中，如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等、部分代替了傳統(tǒng)電池。

3、鋰離子電池發(fā)展前景

鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢(shì)已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開始試用，預(yù)計(jì)將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗?，并將在人造衛(wèi)星、特種航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。

4、電池的基本性能

(1)電池的開路電壓

(2)電池的內(nèi)阻

(3)電池的工作電壓

(4)充電電壓

充電電壓是指二次電池在充電時(shí)，外電源加在電池兩端的電壓。充電的基本方法有恒電流充電和恒電壓充電。一般采用恒電流充電，其特點(diǎn)時(shí)在充電過程中充電電流恒定不變。隨著充電的進(jìn)行，活性物質(zhì)被恢復(fù)，電極反應(yīng)面積不斷縮小，電機(jī)的極化逐漸增高。

(5)電池容量

電池容量是指從電池獲得電量的量，常用C表示，單位常用Ah或mAh表示。容量是電池電性能的重要指標(biāo)。電池的容量通常分為理論容量、實(shí)際容量和額定容量。

電池容量由電極的容量決定，若電極的容量不等，電池的容量取決于容量小的那個(gè)電極，但決不是正負(fù)極容量之和。

(6)電池的貯存性能和壽命

化學(xué)電源的主要特點(diǎn)之一是在使用時(shí)能夠放出電能，不用時(shí)能貯存電能。所謂貯存性能對(duì)于二次電池來說為充電保持能力。

對(duì)于二次電池，使用壽命時(shí)衡量電池性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)。二次電池經(jīng)過一次充電和放電，稱為一個(gè)周期（或已此循環(huán)）。在一定的充放電制度下，電池容量達(dá)到某一規(guī)定值之前電池能經(jīng)受的充放電次數(shù)稱為二次電池的使用周期。鋰離子電池具有優(yōu)良的貯存性能和長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

鋰電池-特征

A.高能量密度

鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的40-50%，鎳氫的20-30%。

B.高電壓

一個(gè)鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值)，相當(dāng)于三個(gè)串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。

C.無污染

鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類的有害金屬物質(zhì)。

D.不含金屬鋰

鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機(jī)運(yùn)輸關(guān)于禁止在客機(jī)攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。

E.循環(huán)壽命高

在正常條件下，鋰離子電池的充放電周期可超過500次。

F.無記憶效應(yīng)

記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。

G.快速充電

使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器可以使鋰離子電池在一至兩個(gè)小時(shí)內(nèi)得到滿充。

鋰電池-鋰電池原理和結(jié)構(gòu)

1、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理：所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。以LiCoO2為例：⑴電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。⑵為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

鋰電池

2、電池一般包括：正極（positive）、負(fù)極（negative）、電解質(zhì)（electrolyte）、隔膜（separator）、正極引線（positivelead）、負(fù)極引線（negativeplate）、中心端子、絕緣材料（insulator）、安全閥（safetyvent）、密封圈（gasket）、PTC（正溫度控制端子）、電池殼。一般大家較關(guān)心正極、負(fù)極、電解質(zhì)。

鋰電池

鋰電池-離子電池結(jié)構(gòu)比較

按正極材料不同分為鐵鋰、鈷鋰、錳鋰等；

從外形分類一般分圓柱形和方形，而聚合物鋰離子還可制成任意形狀；

根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IB)和固態(tài)鋰離子電池兩大類，聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡(jiǎn)稱為PLIB)屬于固態(tài)鋰離子電池中的一種。

電解質(zhì)

殼體/包裝隔膜集流體

液態(tài)鋰離子電池液態(tài)不銹鋼、鋁25μPE銅箔和鋁箔聚合物鋰離子電池膠體聚合物鋁/PP復(fù)合膜沒有隔膜或個(gè)μPE銅箔和鋁箔

鋰電池-鋰離子電池的性能

１、高能量密度

與同等容量的ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ電池相比，鋰離子電池的重量輕，其體積比能量是這兩類電池的１.５～２倍。

２、高電壓

鋰離子電池使用高電負(fù)性的含元素鋰電極，使其端電壓高達(dá)３.７Ｖ，這一電壓是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ電池電壓的３倍。

３、無污染，環(huán)保型

４、循環(huán)壽命長(zhǎng)

壽命超過５００次

５、高負(fù)載能力

鋰離子電池可以大電流連續(xù)放電，從而使這種電池可被應(yīng)用于攝象機(jī)、手提電腦等大功率用電器上。

６、優(yōu)良的安全性

由于使用優(yōu)良的負(fù)極材料，克服了電池充電過程中鋰枝晶的生長(zhǎng)問題，使得鋰離子電池的安全性大大提高。同時(shí)采用特殊的可恢復(fù)配件，保證了電池在使用過程中的安全性。

鋰電池-鋰離子電池充電方法

方法一、鋰離子電池出廠前，廠家都進(jìn)行了激活處理，并進(jìn)行了預(yù)充電，因此鋰離子電池均有余電，鋰離子電池按照調(diào)整期時(shí)間充電，這種調(diào)整期需進(jìn)行3~5次完全充放電。

方法二、充電前，鋰離子電池不需要專門放電，放電不當(dāng)反而會(huì)損壞電池。充電時(shí)盡量以慢充充電，減少快充方式;時(shí)間不要超過24小時(shí)。電池經(jīng)過三至五次完全充放電循環(huán)后其內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)才會(huì)被全部“激活”達(dá)到最佳使用效果。

方法三、請(qǐng)使用原廠或聲譽(yù)較好的品牌的充電器，鋰電池要用鋰電池專用充電器，并遵照指示說明，否則會(huì)損壞電池，甚至發(fā)生危險(xiǎn)。

方法四、新買的電池是鋰離子，那么前3~5次充電一般稱為調(diào)整期，應(yīng)充14小時(shí)以上，以保證充分激活鋰離子的活性。鋰離子電池沒有記憶效應(yīng)，但有很強(qiáng)的隋性，應(yīng)給予充分激活后，才能保證以后的使用能達(dá)到最佳效能。

方法五、鋰離子電池必須選用專用充電器，否則可能會(huì)達(dá)不到飽和狀態(tài)，影響其性能發(fā)揮。充電完畢后，應(yīng)避免放置在充電器上超過12小時(shí)以上，長(zhǎng)期不用時(shí)應(yīng)使電池和移動(dòng)電子產(chǎn)品分離開來。

鋰電池-應(yīng)用

隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。

最早得以應(yīng)用于心臟起搏器中。由于鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得起搏器植入人體長(zhǎng)期使用成為可能。

鋰電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計(jì)算機(jī)，計(jì)算器，照相機(jī)、手表中。

應(yīng)用舉例

1、作電池組維修代換品有許多電池組：如筆記本電腦上用的那種，經(jīng)維修發(fā)現(xiàn)，此電池組損壞時(shí)僅是個(gè)別電池有問題。可以選用合適的單節(jié)鋰電池進(jìn)行更換。

2、制作高亮微型電筒筆者曾用單節(jié)3.6V1.6AH鋰電池配合一個(gè)白色超高亮度發(fā)光管做成一只微型電筒，使用方便，小巧美觀。而且由于電池容量大，平均每晚使用半小時(shí)，至今已用兩個(gè)多月仍無需充電。

3、代替3V電源

由于單節(jié)鋰電池電壓為3.6V。因此僅需一節(jié)鋰電池便可代替兩節(jié)普通電池，給收音機(jī)、隨身聽、照相機(jī)等小家電產(chǎn)品供電，不僅重量輕，而且連續(xù)使用時(shí)間長(zhǎng)。

鋰離子電池負(fù)極材料-鈦酸鋰

可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池.此外，它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負(fù)極組成1.5V的鋰二次電池。

由于鈦酸鋰的高安全性、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和綠色環(huán)保的特點(diǎn)。可以預(yù)見：鈦酸鋰材料在2-3年后，一定會(huì)成為新一代鋰離子電池的負(fù)極材料而被廣泛應(yīng)用在新能源汽車、電動(dòng)摩托車和要求高安全性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期的應(yīng)用領(lǐng)域。鈦酸鋰電池工作電壓2.4V，最高電壓3.0V，充電電流大達(dá)2C。

鈦酸鋰電池組成

正極：磷酸鐵鋰、錳酸鋰或三元材料、鎳錳酸鋰。

負(fù)極：鈦酸鋰材料。

隔膜：現(xiàn)在以碳作負(fù)極的鋰電池隔膜。

電解液：以碳作負(fù)極的鋰電池電解液。

電池殼：以碳作負(fù)極的鋰電池殼。

鈦酸鋰電池的優(yōu)點(diǎn)：采用電動(dòng)車輛取代燃油車輛是解決城市環(huán)境污染的最佳選擇，其中鋰離子動(dòng)力電池引起了研究者的廣泛關(guān)注.為了滿足電動(dòng)車輛對(duì)車載鋰離子動(dòng)力電池的要求，研制安全性高、倍率性能好且長(zhǎng)壽命的負(fù)極材料是其熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極主要采用碳材料，但以碳做負(fù)極的鋰電池在應(yīng)用上仍存在一些弊端：

1、過充電時(shí)易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能;

2、易形成SEI膜而導(dǎo)致首次充放電效率較低，不可逆容量較大;

3、即碳材料的平臺(tái)電壓較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患。

4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。

與碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5012具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

1、它為零應(yīng)變材料，循環(huán)性能好；

2、放電電壓平穩(wěn)，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能；

3、與炭負(fù)極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(為2*10-8cm2/s)，可高倍率充放電等。

4、鈦酸鋰的電勢(shì)比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)。

保護(hù)電路

由兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和專用保護(hù)集成塊S--8232組成，過充電控制管FET2和過放電控制管FET1串聯(lián)于電路，由保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓并進(jìn)行控制，當(dāng)電池電壓上升至4.2V時(shí)，過充電保護(hù)管FET1截止，停止充電。為防止誤動(dòng)作，一般在外電路加有延時(shí)電容。當(dāng)電池處于放電狀態(tài)下，電池電壓降至2.55V時(shí)，過放電控制管FET1截止，停止向負(fù)載供電。過電流保護(hù)是在當(dāng)負(fù)載上有較大電流流過時(shí)，控制FET1使其截止，停止向負(fù)載放電，目的是為了保護(hù)電池和場(chǎng)效應(yīng)管。過電流檢測(cè)是利用場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻作為檢測(cè)電阻，監(jiān)視它的電壓降，當(dāng)電壓降超過設(shè)定值時(shí)就停止放電。在電路中一般還加有延時(shí)電路，以區(qū)分浪涌電流和短路電流。該電路功能完善，性能可靠，但專業(yè)性強(qiáng)，且專用集成塊不易購買，業(yè)余愛好者不易仿制。

充電電路

現(xiàn)在有不少商家出售不帶充電板的單節(jié)鋰電池。其性能優(yōu)越，價(jià)格低廉，可用于自制產(chǎn)品及鋰電池組的維修代換，因而深受廣大電子愛好者喜愛。有興趣的讀者可參照?qǐng)D二制作一塊充電板。其原理是：采用恒定電壓給電池充電，確保不會(huì)過充。輸入直流電壓高于所充電池電壓3伏即可。R1、Q1、W1、TL431組成精密可調(diào)穩(wěn)壓電路，Q2、W2、R2構(gòu)成可調(diào)恒流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿后R4上的壓降將降低，從而使Q3截止，LED將熄滅，為保證電池能夠充足，請(qǐng)?jiān)谥甘緹粝绾罄^續(xù)充1—2小時(shí)。使用時(shí)請(qǐng)給Q2、Q3裝上合適的散熱器。本電路的優(yōu)點(diǎn)是：制作簡(jiǎn)單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，并且不會(huì)損壞電池．通過改變W1可以對(duì)多節(jié)串聯(lián)鋰電池充電，改變W２可以對(duì)充電電流進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是：無過放電控制電路。

鋰電池-總結(jié)

由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會(huì)象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。

鋰離子電池內(nèi)部成螺旋型結(jié)構(gòu)，正極與負(fù)極之間由一層具有許多細(xì)微小孔的薄膜紙隔開。鋰離子電池的正極采用鈷酸鋰，正極集流體是鋁箔；負(fù)極采用碳，負(fù)極集流體是銅箔，鋰離子電池的電解液是溶解了LiPF6的有機(jī)體。鋰離子電池蓋帽上有防爆孔，在內(nèi)部壓力過大的情況下，防爆孔會(huì)自動(dòng)打開泄壓，以防止出現(xiàn)爆炸的現(xiàn)象。

電動(dòng)自行車用的鋰電池

許多用戶上下班走同一條路，電池組只有一側(cè)日照，如果行駛速度太慢可能受熱不均。日照條件下如果電池組受熱不均，就可能有的電池溫度高有的溫度低。溫度高的電池容量大，低的容量小。長(zhǎng)期這樣使用電池組會(huì)失衡，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池組的效率與安全。另外，電池組在充放電過程中的過充電、過放電、電流過大、溫度過高等現(xiàn)象會(huì)加劇電池間特性的差異，從而引起單節(jié)鋰電池之間容量、電壓等性能的不平衡，最終導(dǎo)致電池組整體特性的急劇衰退和部分電池的加速損壞。

它冬天也怕曬！電池散熱需要行駛時(shí)的氣流來幫忙，速度越快氣流越強(qiáng)。電動(dòng)自行車用的電池組一般只有串聯(lián)沒有并聯(lián)，這就只能用定期單獨(dú)充放電來平衡。

比較

鉛酸蓄電池也有平衡問題，但由于其壽命較短，所以問題不突出。