前 言
隨著全球能源與環(huán)境問題不斷凸顯，發(fā)展新能源汽車已成為世界各國的共識(shí)，歐洲多個(gè)國家已經(jīng)制定了燃油汽車限售的時(shí)間表，同時(shí)據(jù)人民網(wǎng)消息，我國工信部表示我國已啟動(dòng)研究傳統(tǒng)燃油車的退出時(shí)間表，這一消息使得新能源汽車與鋰電池產(chǎn)業(yè)站在了資本的風(fēng)口，那么作為新能源汽車的重要一個(gè)方面的鋰電池產(chǎn)業(yè)又將呈現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用潛力。那么今天小編就將簡(jiǎn)單介紹一下Li電池的基本原理與其組成的正負(fù)極材料。
一、鋰電池概述
首先，我們來介紹一下鋰電池的概念。“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰電池大致可以分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。其中鋰金屬電池最早于1912年由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M.S.Whittingham首先采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個(gè)鋰金屬電池。由但由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高，其安全隱患備受關(guān)注，所以，鋰金屬電池長期沒有得到應(yīng)用。1982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆，因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。1991年索尼公司發(fā)布了首個(gè)商用鋰離子電池，鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。習(xí)慣上，人們把鋰離子電池也稱為鋰電池，但這兩種電池是不一樣的。隨著鋰離子電池正極材料的發(fā)展，多種類型的鋰離子電池被研發(fā)出來，鋰離子電池由于其電壓高、電容量高、低消耗、無記憶效應(yīng)、無公害、體積小、內(nèi)阻小、自放電小循環(huán)次數(shù)多，廣泛應(yīng)用在移動(dòng)電子設(shè)備等民用軍用設(shè)備中。
二、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。如圖1顯示了鋰離子電池的示意圖。
圖1.鋰離子電池示意圖
以LiCoO2為例子
充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為
LiCoO2=Li(1-x)CoO2+XLi+Xe-
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
三、Li電池正極材料
一般可選的正極材料有很多，例如：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、三元、富鋰相、硅酸鐵鋰、磷酸錳鋰、硫酸氟鐵鋰。不同的正極材料對(duì)應(yīng)不同的平均輸出電壓于能量密度：
| 正極材料 | 平均輸出電壓 | 能量密度 |
|---|---|---|
| LiCoO2 | 3.7 V | 140 mAh/g |
| Li2MnO3 | 3.7 V | 100 mAh/g |
| LiFePO4 | 3.2 V | 130 mAh/g |
四、鋰離子電池負(fù)極材料
第一種是碳負(fù)極材料：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。
第二種是錫基負(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(jià)態(tài)金屬錫的氧化物。沒有商業(yè)化產(chǎn)品。
第三種是含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料，沒有商業(yè)化產(chǎn)品。
第四種是合金類負(fù)極材料：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 ，沒有商業(yè)化產(chǎn)品。
第五種是納米級(jí)負(fù)極材料：納米碳管、納米合金材料。
第六種納米材料是納米氧化物材料：目前根據(jù)2009年鋰電池新能源行業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展最新動(dòng)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)。
六、后 記
前面已經(jīng)介紹了當(dāng)前應(yīng)用最廣范的Li離子電池的基本原理與正負(fù)極材料，使我們對(duì)鋰離子電池有了一個(gè)基本的了解，而在電子顯微學(xué)中，Li離子電池又是如何被表征的呢？下期小編將帶您一起去了解，敬請(qǐng)期待。
下期有什么精彩內(nèi)容呢？敬請(qǐng)期待吧！
