2009-2012锂电池研究报告.pdf

第一章 锂电池相关概述 1.1 电池的定义及分类 1.1.1 锂电池的定义 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。 最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应： Li+MnO2=LiMnO2 该反应为氧化还原反应，放电。 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。所以，锂电池长期没 得到应用。 但现在锂电池已经成为了主流。 1.1.2 锂电池的分类 锂电池分成两大类：不可充电的和可充电的两类。不可充电的电池称为一次 性电池，它只能将化学能一次性 转化为电能，不能将电能还原回化学能。如锂 二氧化锰一次电池、锂－亚硫酰氯一次电池。而可充电的电池称为二次性电池(也 称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换 成电能，它是可逆的，如市面上常见的锂离子手机电池。 1.锂电池外型分： 方型锂电（如常用的手机电池电芯）和柱形（如18650）； 2.锂电池外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池； 3.锂电池从正负极材料 （添加剂）分：沽酸锂(LiCoO2)电池或锰酸锂 （LiMn2O4），磷酸铁锂电池，一次性二氧化锰锂电池； 另一分：锂离子LIB， 聚合物PLB 4.不同的性能用途方面分： 一次性－－－锂锰电池－－扣式3 电池 高容量（高平台）－－用在手机数码产品上 高倍率；－－－用在电动车和电动工具上及飞机模型 高温；－－－矿灯，室上灯饰，机器内置后备电源； 低温；－－－室外环境，北方 （冬天）南极； - - 10 1.1.3 锂电池的主要特点 1、具 更高的重量能量比、体积能量比； 2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3 只镍镉或镍氢充电电池的串联 电压； 3、自放电小可长时间存放，这是该电池最 出的优越性； 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电 前无需放电； 5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500 次； 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电 时间缩短至1～2 小时； 7、可以随意并联使用； 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先 进的绿色电池； 9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。 1.2 离子蓄电池的结构与特性 1.2.1 锂离子蓄电池工作原理 电池分一次电池和二次电池两大类，前者是一次性的，如干电池。后者是可 再充电的，也称可充电池。 前二次电池主要 ：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电 池和锂离子电池。锂离子电池，俗称“锂电”，是 前综合性能最好的电池体系。 锂离子电池负极是碳素材料，如石墨。正极是含锂的过渡金属氧化物，如 LiMn2O4。电解质是含锂盐的有机溶液。通常锂离子电池并不含金属锂。充电时， 在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出，经过电解质，嵌入到负极晶格中。放 电时，过程正好相反，锂离子返回正极，电子则通过了用电器，由外电路到达正 极与锂离子复合。由于锂离子电池不含任何贵重金属，原材料都很便宜，降价空 间很大，应该是最便宜的电池。 前媒体经常报道聚合物锂电池或固态锂电池， 实际上它的主要部件：正极、负极和电解质以及工作原理都和使用液体电解质的 锂离子电池一样，只是隔膜和包装材料不同，因此，仍属于锂离子电池。与传统 的二次电池相比，锂离子电池 出的优点：工作电压高锂离子电池的工作电压 - - 11 在3．6V，是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍。在许多小型电子产品上，一节电 池即可满足使用要求。这也是与其它二次电池的重大区别，因此只能用锂离子电 池专用充电器来充电，以免发生事故。比能量高锂离子电池比能量 前已达 140Wh ／kg，是镍镉电池的3 倍，镍氢电池的1．5 倍。循环寿命长 前锂离子电 池循环寿命已达 1000 次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了其他几种二 次电池。自放电小锂离子电池月自放电率仅为 6－8％，远低于镍镉电池 （25～ 30％）及