铝离子电池包含一个由铝制成的带负电阳极和一个带正电石墨阴极,由于三维石墨优良的导电性能和巨大的比表面积,能够极大的缩短电池的充电时间。

1.锂离子电池简介

 

锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。

锂离子电池由日本索尼公司于1990年最先开发成功。它是把锂离子嵌入碳(石油焦炭和石墨)中形成负极(传统锂电池用锂或锂合金作负极)。正极材料常用LixCoO2 ,也用 LixNiO2 ,和LixMnO4 ,电解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)。

石油焦炭和石墨作负极材料无毒,且资源充足,锂离子嵌入碳中,克服了锂的高活性,解决了传统锂电池存在的安全问题,正极LixCoO2在充、放电性能和寿命上均能达到较高水平,使成本降低,总之锂离子电池的综合性能提高了。预计21世纪锂离子电池将会占有很大的市场。

锂离子二次电池充、放电时的反应式为LiCoO2+C=Li1-xCoO2+LixC

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2.锂离子电池优缺点

 

一、锂离子电池优点

1、能量密度高,其体积能量密度和质量能量密度分别可达450W.h/dm3和150W.h/kg,而且还在不断提高。

2、平均输出电压高(约3.6V),为Ni-Cd、Ni-l电池的3倍。

3、输出功率大。

4、自放电小,每月10%以下,不到Ni-Cd、Ni-Ml的一半。

5、没有Ni-Cd、Ni-MH电池相同的记忆效应,循环性能优越。

6、可快速充放电,1C充电时容量可达标称容量的80%以上。

7、充电效率高,第1次循环后基本上为100%。

8、工作温度范围宽,-30~+45℃,随着电解质和正极的改进,期望能拓宽到-40~+70℃,低温有可能拓展到-60℃。

9、无需维修。

10、对环境较为友好,称为绿色电池。

11、使用寿命长,100%DOD充放电可达900次以上;当采用浅深度(30%DOD)充放电时,循环次数已经超过了5000次。


二、锂离子电池缺点

1、成本高,重要是正极材料LiC002的价格高,随着正极技术的不断发展,可以采用LiMn204、LiFeP04等为正极,从而有望大大降低锂离子电池的成本;

2、必须有特殊的保护电路,以防止过充或过放;

3、与普通电池的相容性差,因为一般要在用3节普通电池(3.6V)的情况下才能用锂离子电池进行替代。

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3.锂离子电池的结构和工作原理

 

锂离子电池电池组成部分如下:

(1)正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂材料,电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂(俗称三元)或者三元+少量锰酸锂,纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。

(2)隔膜——种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过,而电子不能通过。

(3)负极——活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。

(4)有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液。

(5)电池外壳——分为钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端。


锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的,独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”,俗称“锂电”。

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4.锂离子电池的应用

 

1、在便携式电器方面的应用目前移动电话、笔记本电脑、微型摄像机等需要便携式电源的用电器已经成为人们生活中不可缺少的一部分,在其电源方面,无一例外地选择锂离子电池作为市场的主流。据统计,全球手机产量每年近21亿部,全球每年生产笔记本电脑约1.5亿台,形成了庞大的锂离子电池应用市场。在此领域,钴酸锂、锰酸锂锂离子电池占有主导地位。

2、在交通行业的应用随着社会文明的进步,人们环保意识提高并对环境要求日益高涨,环保的交通工具已经进入人们的视野。目前,我国以电动自行车为主的电动轻型车呈现出蓬勃发展的趋势,锂离子电池已开始在部分高端车型应用,在电动汽车开发方面,锂离子电池已经成为主流。在国内,众多汽车研制和生产企业开发的电动汽车半数以上车型采用了锂离子电池,并有逐步扩大的趋势。国际上,已经宣布进入市场销售的纯电动汽车和插电式混合动力汽车,如日产公司的Leaf、三菱公司的i-MiEV以及通用公司的Volt均采用了锂离子电池系统。


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