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什么是鋰電池？鋰電池的工作原理是怎樣的？

分類：技術(shù)中心 2106人瀏覽 2020-11-20

鋰電池的定義
“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，鋰電池已經(jīng)成為了主流。
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，只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

鋰電池的工作原理
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，目前市場常見的正極活性材料如下表所示:

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。
負極
負極材料：多采用石墨。另外鋰金屬、鋰合金、硅碳負極、氧化物負極材料等也可用于負極。
負極反應(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

鋰電池的種類

主要材料
碳負極材料
已經(jīng)實際用于鋰離子電池的負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。
錫基負極材料
錫基負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
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)。

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