鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2018年09月20日
BU-204:鋰電池工作原理
了解為什么鋰離子電池是一種優(yōu)質(zhì)電池系統(tǒng)。
鋰電池的開創(chuàng)性工作始于1912年的GNLewis,但直到20世紀(jì)70年代初,第一批非可充電鋰電池才開始商業(yè)化。隨后在20世紀(jì)80年代開發(fā)可再充電的鋰電池,但由于用作陽極材料的金屬鋰的不穩(wěn)定性而失敗。(金屬鋰電池使用鋰作為陽極;鋰離子使用石墨作為陽極,而陰極使用活性材料。)
鋰是所有金屬中最輕的,具有最大的電化學(xué)勢,并且每單位重量提供最大的比能。陽極上帶有鋰金屬的可充電電池可以提供非常高的能量密度;然而,在20世紀(jì)80年代中期發(fā)現(xiàn),電流循環(huán)在陽極上產(chǎn)生不需要的枝晶。這些生長顆粒穿透隔板會(huì)導(dǎo)致短路。電池溫度會(huì)迅速上升并接近鋰的熔點(diǎn),導(dǎo)致熱失控,也被稱為“火焰通風(fēng)”。1991年,一部手機(jī)電池產(chǎn)生的火焰氣體燒傷一位男子在臉部后,大量可充電金屬鋰電池被召回日本。
在充電過程中,鋰金屬的固有不穩(wěn)定性引導(dǎo)研究轉(zhuǎn)移到使用鋰離子的非金屬溶液中。1991年,索尼將第一款鋰離子電池商業(yè)化,如今這種化學(xué)物質(zhì)已成為市場上最有前途、發(fā)展最快的電池。雖然比鋰金屬的比能低,但鋰離子是安全的,只要嚴(yán)格把關(guān)電壓和電流的限制。
發(fā)明鋰鈷氧化物電池應(yīng)該歸功于JohnB.Goodenough(1922)。據(jù)說在開發(fā)過程中,一位受日本電話電報(bào)公司(NTT)雇用的研究生在美國與Goodenough合作。在突破后不久,學(xué)生帶著他的發(fā)現(xiàn)成果回到日本。之后在1991年,索尼宣布了一項(xiàng)關(guān)于鋰鈷氧化物陰極的國際專利。多年的訴訟隨之而來,但索尼能夠保留專利,Goodenough卻沒有因他的努力獲得任何回報(bào)。為了表彰其在鋰離子開發(fā)方面做出的貢獻(xiàn),美國國家工程院于2014年授予Goodenough和其他貢獻(xiàn)者CharlesStarkDraper獎(jiǎng)。2015年,以色列授予Goodenough100萬美元的獎(jiǎng)金。
優(yōu)異比能的關(guān)鍵是3.60V的高電池電壓?;钚圆牧虾碗娊赓|(zhì)的改進(jìn)有可能進(jìn)一步提高能量密度。負(fù)載特性良好,并且平穩(wěn)放電曲線提供了有效利用的儲(chǔ)能理想穩(wěn)定電壓頻譜:3.70-2.80V/cell。
1994年,在18650圓柱形電池中制造鋰離子電池的成本超過10美元,容量為1,100mAh。2001年,價(jià)格降至3美元以下,而產(chǎn)能上升至1,900mAh。如今,高能量密度的18650電池可提供超過3,000mAh的電流,成本也在下降。降低成本,增加比能和不含有毒物質(zhì),使鋰離子電池成為便攜式應(yīng)用、重工業(yè)、電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)和衛(wèi)星普遍接受的電池。18650的直徑為18毫米,長度為65毫米。
鋰離子電池是一種低維護(hù)電池,這是大多數(shù)其他化學(xué)品無法提出的優(yōu)勢。電池沒有記憶,不需要運(yùn)動(dòng)(完全放電)以保持良好狀態(tài)。自放電不到鎳基系統(tǒng)的一半,這有助于燃料表的應(yīng)用。標(biāo)稱的3.60V電池電壓可以直接為手機(jī)、平板電腦和數(shù)碼相機(jī)供電,與多電池設(shè)計(jì)相比,可以簡化和降低成本,缺點(diǎn)是需要保護(hù)電路以防止濫用以及高價(jià)格。