鉅大鋰電 | 點擊量: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質電池系統。
鋰電池的開創性工作始于1912年的GNLewis,但直到20世紀70年代初,第一批非可充電鋰電池才開始商業化。隨后在20世紀80年代開發可再充電的鋰電池,但由于用作陽極材料的金屬鋰的不穩定性而失敗。(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80年代中期發現,電流循環在陽極上產生不需要的枝晶。這些生長顆粒穿透隔板會導致短路。電池溫度會迅速上升并接近鋰的熔點,導致熱失控,也被稱為“火焰通風”。1991年,一部手機電池產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,鋰金屬的固有不穩定性引導研究轉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化,如今這種化學物質已成為市場上最有前途、發展最快的電池。雖然比鋰金屬的比能低,但鋰離子是安全的,只要嚴格把關電壓和電流的限制。
發明鋰鈷氧化物電池應該歸功于JohnB.Goodenough(1922)。據說在開發過程中,一位受日本電話電報公司(NTT)雇用的研究生在美國與Goodenough合作。在突破后不久,學生帶著他的發現成果回到日本。之后在1991年,索尼宣布了一項關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。為了表彰其在鋰離子開發方面做出的貢獻,美國國家工程院于2014年授予Goodenough和其他貢獻者CharlesStarkDraper獎。2015年,以色列授予Goodenough100萬美元的獎金。
優異比能的關鍵是3.60V的高電池電壓。活性材料和電解質的改進有可能進一步提高能量密度。負載特性良好,并且平穩放電曲線提供了有效利用的儲能理想穩定電壓頻譜: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,價格降至3美元以下,而產能上升至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,使鋰離子電池成為便攜式應用、重工業、電動動力系統和衛星普遍接受的電池。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電池,這是大多數其他化學品無法提出的優勢。電池沒有記憶,不需要運動(完全放電)以保持良好狀態。自放電不到鎳基系統的一半,這有助于燃料表的應用。標稱的3.60V電池電壓可以直接為手機、平板電腦和數碼相機供電,與多電池設計相比,可以簡化和降低成本,缺點是需要保護電路以防止濫用以及高價格。
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