鋰電池

電池概述

　　鋰電芯（Lithium Cell）是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的最基本電化學(xué)單位。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)的幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

　　鋰電芯（Lithium Cell）是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的最基本電化學(xué)單位。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)的幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

　　鋰電池工作原理

　　鋰金屬電池：

　　鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

　　放電反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2

　　鋰離子電池：

　　鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

　　充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為

　　LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)

　　充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為

　　6C+XLi++Xe- = LixC6

　　充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

　　正極

　　正極材料：可選的正極材料很多，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照：

　　LiCoO2 3.7 V 140 mAh/g

　　Li2Mn2O4 4.0 V 100 mAh/g

　　LiFePO4 3.3 V 100 mAh/g

　　Li2FePO4F 3.6 V 115 mAh/g

　　正極反應(yīng)：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。 充電時：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4

　　負(fù)極

　　負(fù)極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。負(fù)極反應(yīng)：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。 充電時：xLi+ + xe- + 6C → LixC6放電時：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

　　最早期應(yīng)用在心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得植入人體的起搏器能夠長期運(yùn)作而不用重新充電。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，就廣泛用于計算器，數(shù)碼相機(jī)、手表中。

　　為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對各種材料進(jìn)行了研究，從而制造出前所未有的產(chǎn)品。

　　1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實(shí)用化，使人們的移動電話、筆記本、計算器等攜帶型電子設(shè)備的重量和體積大大減小。

　　預(yù)計到2013 年全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到278.1 億美元，2015 年，新能源汽車的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將帶動全球鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到523.2 億美元。

　　就中國市場而言，得益于動力鋰離子電池的快速發(fā)展，2013 年鋰離子電池整體市場規(guī)模將達(dá)到741.7 億元，同比增長33.2%，并且未來三年市場規(guī)模增速均會保持在30%以上，到2015 年，整個中國鋰離子電池的市場規(guī)模將突破1000 億元，達(dá)到1251.5 億元。

　　中國產(chǎn)業(yè)洞察網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示：電池產(chǎn)值2010年在5000多億元，這并不包括太陽能電池，2012年達(dá)到了7000億元左右，預(yù)計到2015年將突破1萬億元。而2013年家電行業(yè)不過七八千億元左右。當(dāng)前全國有1.2億輛新能源汽車，1.5億輛電動自行車，50萬個充電站，都在用電池，還包括飛機(jī)、坦克等都離不開電池。

　　碳負(fù)極材料：

　　已經(jīng)實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。

　　錫基負(fù)極材料：

　　錫基負(fù)極材料可分為錫的氧化物和錫基復(fù)合氧化物兩種。氧化物是指各種價態(tài)金屬錫的氧化物。沒有商業(yè)化產(chǎn)品。

　　氮化物

　　也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。

　　合金類

　　包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金 ，也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。

　　納米級

　　納米碳管、納米合金材料。

　　納米氧化物

　　目前合肥翔正化學(xué)科技有限公司根據(jù)2009年鋰電池新能源行業(yè)的市場發(fā)展最新動向，諸多公司已經(jīng)開始使用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在以前傳統(tǒng)的石墨，錫氧化物，納米碳管里面，極大地提高鋰電池的充放電量和充放電次數(shù)。