鋰離子電池工作原理及分類

1、淺談鋰離子電池工作原理1 .鋰離子電池工作原理一簡介鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離 子的化合物作為正負極構(gòu)成的二次電池。電池充電時，陰極 中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向陽極運動與電 子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內(nèi)陽極表面電箱 成鋰離子和電子，并在陰極處合成鋰原子。所以，在該電池 中鋰永遠以鋰稠子的形態(tài)出現(xiàn)，不會以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)， 所以這種電池叫做鋰寓子電池。2 .鋰離子電池工作原理一結(jié)構(gòu)鋰稠子電池是前幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品， 電池的主要構(gòu)成為正負極、電解質(zhì)、隔膜以及外殼。正極一采用能吸藏鋰嬴子的碳極，放電時，鋰變成鋰離 子，脫離電池陽極，到達鋰離

2、子電池陰極。負極一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。電解質(zhì)一采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘 度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。隔膜一采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗 穿刺強度，起到了熱保險作用。外殼一采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功 能。3 .鋰離子電池工作原理鋰稠子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生 成的鋰稠子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀

3、 結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰福子就嵌入到碳層的微 孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。此時正極發(fā)生的 化學(xué)反應(yīng)為：charge正極反應(yīng) LiCoO2 < Lii.x CoO2 +xLi+xe.discharge同樣道理，當(dāng)對電池進行放電時（即我們使用電池的過 程），嵌在負極碳層中的鋰嬴子脫出，又運動回到正極?；氐?正極的鋰稠子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容 量指的就是放電容量。此時負極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：charge負極反應(yīng) C 4-xLi+4-xe < C Lixdischarge不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰福子處于 從正極一負極f正極的運動狀態(tài)。如果

4、我們把鋰闋子電池 形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰澳 子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專 家們又給了鋰離子電池一個可爰的名字搖椅式電池。鋰離子電池分類依據(jù)鋰福子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以 分為液態(tài)鋰寓子電池(lithium ion battery,簡稱為LIB)和聚合 物鋰寓子電池(polymer lithium ion battery,簡稱為LIP)兩大 類。聚合物鋰寓子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰寓子都是 相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于 電解質(zhì)的不同，鋰寓子電池使用的是液體電解質(zhì)，而聚合物 鋰南子電池則以固體聚合物電解質(zhì)

5、來代替，這種聚合物可以 是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的，目前大部分采用聚合物膠體電 解質(zhì)。聚合物鋰闋子電池可分為三類：(1 )固體聚合物電解質(zhì)鋰闋子電池。電解質(zhì)為聚合物 與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高 溫使用。(2)凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物 電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電 池可在常溫下使用。(3)聚合物正極材料的鋰闋子電池。采用導(dǎo)電聚合物 作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰稠子電池的3倍，是最新 一代的鋰離子電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì), 與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、 任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點，也

6、不會產(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，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰福子電池還 可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液 態(tài)鋰闋子電池提高50%以上。此外，聚合物鋰離子電池在工 作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。 基于以上優(yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰福子電 池。聚合物鋰南子的發(fā)展趨勢展望聚合物鋰南子電池在全球技術(shù)成熟并商業(yè)化已經(jīng)2年多 時間了，雖然銷量在快速增長，但其市場份額尚低于10% , 與液態(tài)鋰電90%的市場份額無法相比，大大低于人們的預(yù) 期。由于各種原因，目前市場上聚合物的價格普遍要高于液 態(tài)鋰電，但

7、是，由于移動電器的競爭模式正在悄悄地發(fā)生變 化，特別是聚合物電池給移動電器帶來的設(shè)計價值創(chuàng)新(如 4mm厚度以下的優(yōu)越性能、大型規(guī)格電池)，聚合物電池正 被越來越多的手機、移動DVD等設(shè)計人員所認識，因而聚 合物廠商還是信心十足，堅信聚合物的時代一定會到來。可 以從手機的發(fā)展看聚合物鋰離子電池的發(fā)展趨勢。目前手機 有以下幾個發(fā)展趨勢：(1)手機本身向小型化、超薄化方向發(fā)展，以方便消費 者的攜帶；(2)手機設(shè)計的個性化，表現(xiàn)在設(shè)計理念已經(jīng)不再是原 來方方正正的形狀，不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計造型成為 手機設(shè)計美學(xué)化的主流；(3)使用彩屏、手機功能的不斷增加。為了使手機小型 化，電池減小、減薄是一個最有效的途徑。4mm以下厚度電 池有成為薄型手機配置的主流趨勢，從性價比來講，這是聚 合物的特長。不規(guī)則形狀、曲線、弧面設(shè)計造型的手機給電 池留下的有效空間變成了不規(guī)則形狀。液態(tài)的長方型不能有 效利用空間，容量較低，而疊片式聚合物可以將這種不規(guī)則 空間最有效地利用起來，使容量放大。最近TCL金能公司推 出的圓弧型電池、梯形電池、背包電池能使手機比使用相應(yīng) 規(guī)格的液態(tài)電池容量增加50%以上。手機功能越來越多，導(dǎo) 致耗電越來越多。要求電池容量相應(yīng)地增加。在不