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“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展,锂电池已经成为了主流。
锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的*五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均**锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
我们日常使用的手机和笔记本电池其实是锂离子电池,锂系电池分为锂电池和锂离子电池,但大家俗称为锂电池。真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。今天用图片的方式详解锂电池工作原理和结构,让大家的了解锂电池。
发展进程:
1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,作为负极材料,制成锂电池。
1980年,J. Goodenough 发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。
1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远**钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。
1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生较高的电压。
1991年索尼公司发布商用锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。
1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料较具优越性,因此已成为当前主流的正极材料。
随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用,锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用,并在逐步向其他产品应用领域发展。
1998年,天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。
2018年7月15日,从科达煤炭化学研究院获悉,一种由纯碳作为主要成分的高容量高密度锂电池用特种碳负极材料在该院问世,这种由全新材料制备的锂电池可以实现汽车续航里程突破600公里。 [1]
2018年10月,南开大学梁嘉杰、陈永胜教授课题组与江苏师范大学赖**课题组合作成功制备了具有多级结构的银纳米线—石墨烯三维多孔载体,并负载作为复合负极材料。这一载体可抑制锂枝晶产生,从而可实现电池**高速充电,有望大幅延长锂电池“寿命”。该研究成果在一期《材料》上发表 [2] 。
锂电池工作原理
电池的正极由锂离子生成,生成的锂离子从正极“跳进”电解液里,通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,运动到负极,与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。●正极上发生的反应为:LiCoO2==充电==Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)●负极上发生的反应为:6C+XLi++Xe=====LixC6在充电的过程中,Li+从正极LiCoO2中脱出,进入电解液,在充电器附加的外电场作用下向负极移动,依次进入石墨或焦炭C组成的负极,在负极形成LiC化合物。
锂电池放电过程
放电时电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路径不同,电子从负极通过外部电路跑到正极;锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
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