LiMnO2 锂电池

锂电池原理简介　　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。Z早出现的锂电池使用以下反应：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，所以应用并不广泛。
　　后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出， 又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。
　　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，并在近年逐步向其他产品应用领域发展。1999年，我国深圳比亚迪等公司开始商业化生产锂离子电池。习惯上，人们把锂离子电池也称为锂电池，现在锂离子电池已经成为了主流。
　　锂电池材料
　　锂电池负极材料大体分为以下几种：
　　diyi种是碳负极材料：　
　　目前己经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。
　　第二种是锡基负极材料：
　　锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。
　　第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。
　　第四种是合金类负极材料：
　　包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，目前也没有商业化产品。
　　第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。
　　第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展Z新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和冲放电次数。 [编辑本段]锂电池的特点　　锂离子电池主要优点表现在：
　　1、比能量高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；
　　2、使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池用1CDOD充放，有可以使用10，000次的记录；
　　3、额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；
　　4、具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；
　　5、自放电率很低，这是该电池Z突出的优越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；
　　6、重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6；
　　7、高低温适应型强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；
　　8、绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
　　9、生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。
　　比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。
　　锂电池的缺点：
　　1、锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。
　　2、钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差。
　　3、锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。
　　4、生产要求条件高，成本高。
　　锂原电池简介：
　　 锂--二氧化锰电池
　　　以金属锂为负极，经过处理的二氧化锰为正极，隔离膜与锂离子电池一样，电解液为高氯酸锂的有机溶液，圆柱式或扣式。电池需要在超低露点的保护气体氛围下装配，一经注液，就有电，电压3V，自放电率很低，耐储存，可达3年以上。
　　一般在台式电脑的主板上，有一个扣式的锂电池，提供微弱的电流，可以正常使用3年左右，一些宾馆的门禁卡、仪器仪表等也使用锂--二氧化锰电池，近年来使用量逐年下降。
　　 锂--亚硫酰氯电池
　　以金属锂为负极，正极和电解液为亚硫酰氯（氯化亚砜），圆柱式电池，装配完成即有电，电压3.6V，是工作电压Z平稳的电池种类之一，也是目前单位体积（质量）容量Z高的电池。适合在不能经常维护的电子仪器设备上使用，提供细微的电流。
　　其他锂电池还有锂--硫化亚铁电池、锂--二氧化硫电池等。
　　锂离子电池的结构
　　锂电池通常有两种外型：圆柱型和方型。
　　电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂（或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等）及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件（部分圆柱式使用），以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。
　　单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V），电池容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。
　　锂电池的应用
　　随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。
　　Z早得以应用的是锂亚原电池，用于心脏起搏器中。由于锂亚电池的自放电率极低，放电电压十分平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。
　　锂锰电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源，广泛用于计算机、计算器、手表中。
　　现在，锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上，可以说是Z大的应用群体。 [编辑本段]锂电池的研究　　为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。 [编辑本段]锂离子电池的作用　　锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中，液态锂离子电池是指 Li +嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。
　　 1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化，使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属镉，与镍镉电池相比，大大减少了对环境的污染。 [编辑本段]锂离子电池发展史　　锂电池（锂原电池）和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。锂原电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代进入实用化。因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，在一些军事和民用小型电器中使用。现在，锂离子电池应用范围更加广泛，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、并部分代替了传统电池，而锂原电池的应用领域不断缩小。
　　现在由于数码产品的普及，如手机、笔记本电脑等，使得性能优异的锂离子电池得到广泛应用。现在，人们习惯上把“锂离子电池”叫做“锂电池”，要了解请查看“锂离子电池”词条。 [编辑本段]锂离子电池发展前景　　锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始SY，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。 [编辑本段]电池的基本性能　　(1)电池的开路电压
　　(2)电池的内阻
　　(3)电池的工作电压
　　(4)充电电压
　　充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐。
　　(5)电池容量
　　电池容量是指从电池获得电量的量，常用C表示，单位常用Ah或mAh表示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。
　　电池容量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和。
　　(6)电池的贮存性能和寿命
　　化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能，不用时能贮存电能。所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。
　　对于二次电池，使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池经过一次充电和放电，称为一个周期（或已此循环）。在一定的充放电制度下，电池容量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期。锂离子电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命。 [编辑本段]锂离子电池的特征　　 A. 高能量密度
　　锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%，镍氢的35-50%。
　　B. 高电压
　　一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。
　　C. 无污染
　　锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。
　　D. 不含金属锂
　　锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。
　　E. 循环寿命高
　　在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次，磷酸亚铁锂（以下称磷铁）则可以达到2000次。
　　F. 无记忆效应
　　记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。
　　G. 快速充电
　　使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可以使锂离子电池在1.5--2.5个小时内就充满电；而新开发的磷铁锂电，已经可以在35分钟内充满电。 [编辑本段]锂电池的保护电路　　 由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET2截止，停止充电。为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。
　　因为Li+电池过充或过放可能会导致爆炸并造成人员伤害，所以使用这类电池时，安全是主要关心的问题。因此，商用锂离子电池组通常包括象DS2720这样的保护电路(图7)。DS2720提供了可充电Li+电池所需的所有保护功能，如：在充电时保护电池、防止电路过流、通过限制电池的放电电压延长电池寿命。电路如上图。.